[发明专利]基于面内轴向逆磁电效应的多层复合材料电场测量传感装置

说明书

一种基于面内轴向逆磁电效应的多层复合材料电场测量传感装置，包括铁电材料相，铁磁材料相，粘结层,所述铁电材料相和铁磁材料相之间通过粘结层相互耦合，所述粘接层起到界面连接及应变耦合作用，所述电材料相，铁磁材料相，粘结层处于直流偏置磁场下，电场导致铁电相材料产生形变，铁电相材料的形变耦合至铁磁材料相，利用磁场传感器对材料附近磁场变化进行测量，优化偏置磁场可优化传感装置的灵敏度。其有益效果是：应用逆磁电效应实现磁能和电能的相互转换，因此装置可以测量的电场的带宽很大，可方便地测量高强度、高频率的电场，所测电场工作范围可达100kV/cm以上。

技术领域

本发明涉及电场传感领域，特别是一种电场测量范围高、灵敏高的基于面内轴向逆磁电效应的微型多层复合材料电场测量传感装置。

背景技术

如今，能源问题已经成为全球各个国家地区所共同面临的发展问题，我国人口众多、疆域辽阔，能源需求量极大。电力能源是全球范围内需求量最大的能源之一，与我们的生产生活密切相关。我国电力系统的发展已经取得了举世瞩目的成就，目前我国发电量已经位居世界第一，我们已经建立起电压等级高、互联范围广、复杂程度高的电力生产、输送、分配、消费网络。但是，我国电网仍然面临着诸多困难和挑战。因此，提高能源利用效率、加快电网智能化改造、进一步优化电能的生产输送分配势在必行。

随着工业水平和互联网技术的快速发展，稳定、安全、灵活、高效的新一代智能电网已经成为我国电力系统的发展方向。新一代智能电网将呈现出分布式可再生能源的大规模接入、高压交直流互联、储能系统和电动汽车的大规模接入、用户需求多样化已经多种能源系统并入等特点。新一代智能电网将改变我们生产生活的方方面面。

智能电网的核心在于多端数据信息的实时反馈与多端设备的实时动态控制。实现实时动态控制的基础是告知电网实时信息数据，因此，构建新一代电力系统信息网络是智能电网的基础工程，通过电力传感器网络的构建，可实现对电网任意节点的实时监测，进而实现对电网故障的快速精准地识别和定位、电网资源的优化配置、自诊断和自恢复能力的进一步提升，并为电力系统的调配和控制提供实时信息。最终实现能量系统与信息系统的深度融合。

电压是电力系统中最基础的电气量，对整个电力系统起着至关重要的作用，因此，电压/电场传感器具有极大的市场需求。电力系统中电压/电场具有测量环境复杂、幅值高、频带宽等特点，同时广域实时监测的需求还要求传感器具有低成本、小体积的特征。

目前电压/电场传感器主要应用的原理包括电光效应、静电感应、压电效应以及基于MEMS技术的传感器。但目前已有的电压/电场传感器还不能满足电力系统的需要。

具有非易失性和可逆敏感性的逆磁电效应复合材料在磁逻辑器件和电场调制磁微波领域发挥了重要作用。然而，逆磁电效应的应用不应局限于当代视野，线性度等性能的改善将有助于其他新领域的蓬勃发展。在电压/电场传感领域，逆磁电效应复合材料的线性性能也将在非接触、宽范围和芯片级电场传感器中发挥非常重要的作用。

发明内容

本发明的目的为：

提出一种基于面内轴向逆磁电效应的微型多层复合材料电场测量传感装置，以此来实现宽频带、高精确度的电场测量。

设计思路为：

磁电效应是指物体由电场作用产生的磁化效应或由磁场作用产生的电极化效应，磁电效应可实现电场能量与磁场能量之间的相互转换，利用磁电效应可实现通过磁场控制电极化或是通过磁场控制电极化。因此，磁电效应已经逐步开始运用于电场和磁场传感器领域，并且在其他领域磁电效应也将发挥举足轻重的作用。

本装置利用铁电材料的压电效应和铁磁材料的磁致伸缩效应相互耦合，并以过环氧薄膜将铁电材料和铁磁材料相互耦合。由此可将电场的信号转化为应力信号进而又转化为磁场信号，探测此磁场信号即可表征外电场。