[发明专利]磁电谐振换能器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能磁电谐振换能器件，属于压电器件领域。

背景技术

在磁场探测领域，弱磁场的测量具有非常广泛和重要的意义，主要应用于地磁场测量，月球、金星、火星等外层空间磁场的测量，海洋磁测量，地面磁法勘测，地磁脉动勘测，舰船磁性测量，石油钻井中的随钻测斜，人体磁场、人体心磁图、人体脑磁图等医学测量领域。

常用的弱磁场测量仪器有机械式磁力仪、磁通门磁力仪、质子旋进式磁力仪、光泵磁力仪、超导量子磁力仪等。但是这些弱磁测量仪器随着测量精度的提高，成本大幅度的提升，而且测量系统变的庞大，极大的限制了弱磁测量的广泛应用。

将磁致伸缩材料的磁致伸缩效应和压电材料的压电效应结合，为发明一种精度高、体积小、结构简单、成本低廉的新型弱磁测量仪器提供了新思路。

发明内容

本发明涉及的磁电谐振换能器件结构如图1所示，其中1、3、4为压电材料，2为磁致伸缩材料，5为导线用于连接压电材料1和4，6为导线用于连接3和4，7为电压输出端连接压电材料3和4，8为公共地端连接压电材料7和1。采用压电材料2实现电弹转换功能，采用磁致伸缩材料1和3实现磁弹转换功能，并且采用多层压电和磁致伸缩材料层叠来提高其电能到磁能的转换效率。

磁电谐振换能器件结构如图1所示，具有磁致伸缩材料1-压电材料2-磁致伸缩材料3-压电材料4的层状空间结构。

1、2、3三层材料之间用导电胶粘接，实现机械耦合。三层材料的厚度比例优化为1∶0.5～0.8∶1，优选的厚度比为1∶0.65～0.75∶1。从上下两层磁致伸缩材料1和3的外表面引出电极。

使用压电材料4实现对1和3两电极的输出电压进行放大的功能。

压电材料4的结构如图2所示，在图2中，1为驱动部分，2为输出部分，3为输入电极，4为公共地端，5为输出电极。将完整的一个压电材料分成两部分1和2，左半部分1的上下两面涂覆银电极，沿厚度方向极化，分别做为输入端3和地端4，右半部分2的右端也有银电极，沿长度方向极化，做为输出端5。当正弦交变电压加到3和4之间时，通过逆压电效应和压电效应，在输出端5和4之间产生高的电压，起到对输入电压放大的作用。例如，由新型压电材料铌镁酸铅-钛酸铅单晶制备的起放大作用的压电材料在谐振状态下有高达105的升压比。

磁电谐振换能器件结构如图1所示，使用导线5和6将1、2、3和4相连。为了电绝缘，在3与4之间用双面胶连接，并填充一层很薄的泡沫材料。薄层泡沫材料起到减小机械耦合干扰的作用。磁电谐振换能器件在谐振频率获得最大换能效率。

附图说明

图1出示了新型磁电谐振换能器的结构示意图，其中，1为压电材料，2为磁致伸缩材料，3为压电材料，4为压电材料，5为连接1和4的导线，6为连接3和4的导线，7为电压输出端，8为公共地端。

图2出示了具有放大功能的压电材料的结构示意图以及材料工作时的位移和应力分布示意图，1为驱动部分，2为输出部分，3为输入电极，4为公共地端，5为输出电极。

图3出示了具有放大功能的压电材料的升压比随频率变化的特性曲线。

图4出示了图1中1、2、3三片材料以5、6为电极的扫频特性曲线。

图5出示了磁电谐振换能器的磁电系数随频率变化的特性曲线。

具体实施方式

出示制备一个新型磁电谐振换能器件的完整过程，对换能器随信号频率变化特性进行测试，对具有放大功能的压电材料的升压比随频率变化特性进行测试，在以上结果的基础上完成最佳工作状态的调试和优化。

磁电谐振换能器件结构如图1所示，选择用改进的Bridg man方法生长的<001>或<110>取向、组分为0.20≤x≤0.34的(1-x)PMN-xPT晶体，制作压电材料2。Terfenol-D合金制作磁致伸缩材料1和3。PMN-PT的尺寸为22×2×1mm³，Terfenol-D尺寸为22×2×1mm³。从1和3的上下表面引出电极4和5。1、2、3之间的粘接采用导电的环氧树脂胶。使得从上下两层导电的磁致伸缩材料引出的电极上能有效地获得压电材料上下表面间的输出电压。