[发明专利]一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置

说明书

本发明提供了一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，包括保护外壳、固定底座、位于所述固定底座上的磁汇聚子结构、位于所述磁汇聚子结构底部的永磁铁、分别位于所述磁汇聚子结构上方的质量块以及磁电层合材料、位于所述磁电层合材料下表面的载流导线。本发明通过以上设计解决了现有传感装置的灵敏度和线性度较低，传感装置结构复杂、难于安装，直流偏置磁场为固定值，难以调节，以及结构谐振频率不可调节的问题。本发明结构简单，可靠性高，将结构谐振频率调整到电流频率附近，获得更大的输出灵敏度，不仅使直流偏置磁场可调节，可满足不同磁电材料的最优偏置磁场，而且还使谐振频率可调节，满足测量不同频率电流都具有较大灵敏度。

技术领域

本发明属于电流传感领域，尤其涉及一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置。

背景技术

具有磁电效应的磁电材料可以实现磁能和电能的相互转化，被广泛应用于电流传感领域。磁电效应是材料在外磁场的作用下产生极化电场或者在外电场中诱发磁化的现象，磁电层合材料由具有磁致伸缩性能的铁磁材料和具有压电效应的压电材料组成，通过磁-机-电耦合实现磁电转换，它的出现克服了单相磁电材料磁电系数低、制作工艺复杂、易老化等缺点，因此，磁电层合材料在电流测量、磁场探测、能量采集领域有着大量的研究和应用。其原理是当磁电层合材料置于一个外磁场中时，产生形变的磁致伸缩材料将应力传递给压电材料，在压电材料的电极上产生电压输出。并且，基于磁电效应的电流传感器是将磁能转化为电信号，并不需要额外的外部电源供给。但目前基于磁电层合材料的电流传感器主要问题和缺陷：(1)传感装置的灵敏度和线性度都较低；(2)结构复杂、难于安装；(3)偏置磁场为固定值，难以调节；(4)振频率不可调节。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置解决了现有传感装置的灵敏度和线性度都较低、结构复杂、难于安装、置磁场为固定值，难以调节，以及振频率不可调节的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于磁汇聚效应的磁电层合材料电流传感装置，包括保护外壳，以及位于所述保护外壳内且贯穿于所述保护外壳的电流传感机构。

本发明的有益效果是：本发明将结构谐振频率调整到电流频率附近，以获得更大的输出灵敏度，不仅使直流偏置磁场可调节，可满足不同磁电材料的最优偏置磁场，而且还使谐振频率可调节，满足测量不同频率电流都能具有较大的输出灵敏度。

进一步地，所述电流传感机构包括固定底座、固定于所述固定底座上的磁汇聚子结构、位于所述磁汇聚子结构底部的永磁铁、位于所述磁汇聚子结构上方的磁电层合材料、位于所述磁电层合材料上方的质量块，以及位于所述磁电层合材料下表面的载流导线，其中，所述载流导线贯穿于所述保护外壳。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过采用磁汇聚效应，可以有效汇聚载流导线产生的交流磁场，直流偏置磁场可以通过可移动磁芯上下移动进行调节，适应不同磁电层合所需的最优直流偏置磁场，使其具有较大的输出灵敏度，结构谐振频率可以调节，以适应不同频率电流的测量，使其测量不同频率电流都具有较大的输出灵敏度。

再进一步地，所述永磁铁、所述磁汇聚子结构和所述磁电层合材料形成一个直流磁场磁回路。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过永磁体为磁电层合材料提供直流偏置磁场，由于磁电层合材料需要在一定直流偏置磁场下所具有的磁电系数会加强，因此，可以上下移动所述磁汇聚子结构内的可移动磁芯提供最优直流偏置，从而有效地提高传感装置的灵敏度。

再进一步地，所述磁汇聚子结构与所述磁电层合材料形成一个磁回路。

上述进一步方案的有益效果是：本发明通过磁汇聚子结构和磁致伸缩材料层的高磁导率可以汇聚磁力线，形成一个磁回路，增加磁电层合材料中的磁感应强度，以提高该电流传感装置的灵敏度。