[发明专利]一种自偏磁电电流传感装置及其制作方法

说明书

本发明公开了一种自偏磁电电流传感装置及其制作方法，包括外层磁致伸缩筒体紧固件、压电圆环和内层磁致伸缩筒体紧固件，通过环氧树脂粘合在一起；内、外层磁致伸缩筒体紧固件分别通过磁致伸缩片和永磁体间隔式排布粘合在一起；空心圆柱形的压电圆环的上下表面镀有电极层，电极层引出有导线；外层磁致伸缩筒体紧固件和内层磁致伸缩筒体紧固件分别采用负磁致伸缩材料和正磁致伸缩材料。本发明能够实现自偏磁电传感，增强压电圆环的应变状态，提高磁电耦合的强度，可以有效避免界面层胶体脱落的问题。

技术领域

本发明属于磁电传感器件技术领域，涉及一种自偏磁电电流传感装置及其制作方法。

背景技术

磁电复合材料能够同时展现出铁电性、铁磁性和铁弹性，因而在外磁场的作用下可以产生极化电场，将磁信号转化为电信号。在众多的磁电复合材料中，层状磁电复合材料因容易制作且具有相对较高的磁电转换系数而得到广泛的应用。例如，采用层状磁电复合材料的耦合装置，可以将载流导体附近的交变磁场转化为电信号，从而实现非接触式电流检测。这种装置即能实现远程操作，又可避免在高压电线等附近作业时的潜在危险。

传统的层状磁电复合材料由压电材料和磁致伸缩材料复合而成，通过两相材料间界面耦合将磁致伸缩层中由磁场引起的应变传递到压电圆环中，由压电效应诱发极化电场，实现磁电耦合。磁电耦合强度主要取决于压电材料的压电效应和磁致伸缩材料的压磁效应。然而，大多数磁致伸缩材料只有在直流偏磁场作用下才具有压磁效应。因此，基于层状磁电复合材料的电流传感装置需要直流电磁铁来提供偏磁场，以驱动磁致伸缩材料的有效压磁效应。这种操作一方面会增加器件的体积，另一方面会产生额外信号干扰，使微型高灵敏度磁电器件的研发面临着新的挑战。

在公开号为CN103105591A的发明创造中公开了一种零偏置磁传感器探头，基于不同磁性材料的磁化梯度在结构内部获得内部静磁场，从而外加偏磁场为零时实现强磁电耦合，有效缩减了器件尺寸，具有很好的创新性和使用价值。然而，磁场传感器探头采用层合板结构，对环境中的横向振动相对敏感，会降低器件的信噪比。

在公开号为CN108963068A的发明创造中公开了基于韦德曼效应的扭振磁电耦合器件及其制作方法。该耦合器件采基于磁电柱壳结构的韦德曼效应和剪切压电效应提高了磁电耦合强度，同时具有能有效避免环境中的横向振动。然而，以上两种磁电耦合器件都通过不同材料层之间的剪切应力来实现机械耦合，并采用典型的正磁致伸缩材料来感应磁场信号。一般来讲，界面处剪切应力传递模式存在以下不足之处：一方面，剪应力过大容易导致各层间的胶体脱落，直接影响器件寿命；另一方面，界面处采用正应力传递，效率要远高于剪应力传递。此外，有效利用正磁致伸缩和负磁致伸缩材料，在结构中产生机械应变的叠加效应，将会进一步提高磁电耦合强度。

发明内容

为克服现有技术中存在的易受环境噪声干扰、易发生层间脱落等不足，且有效采用更优的工作模式提高磁电耦合强度，本发明提出了一种自偏磁电电流传感装置及其制作方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种自偏磁电电流传感装置，包括外层磁致伸缩筒体紧固件、压电圆环和内层磁致伸缩筒体紧固件；外层磁致伸缩筒体紧固件、压电圆环和内层磁致伸缩筒体紧固件通过环氧树脂粘合在一起；

内层磁致伸缩筒体紧固件和外层磁致伸缩筒体紧固件分别通过磁致伸缩片和永磁体间隔式排布粘合在一起；

空心圆柱形的压电圆环的上下表面镀有电极层，电极层引出有导线；

内层磁致伸缩筒体紧固件和外层磁致伸缩筒体紧固件分别采用正、负磁致伸缩材料。

优选的，磁致伸缩片采用1/4圆弧结构，永磁体采用条形结构，4片圆弧结构磁致伸缩片与4条永磁体间隔式排布粘合在一起；内、外层磁致伸缩筒体紧固件中的条形永磁体在同一直径线上。

优选的，所述内层磁致伸缩筒体紧固件和外层磁致伸缩筒体的磁致伸缩片、永磁体和压电圆环高度相等。