本實(shí)用新型專利技術(shù)提供了一種柔性磁扭型磁電傳感器，包括壓電材料與永磁體，壓電材料在厚度方向呈“三明治”層狀結(jié)構(gòu)，中間層為支撐層，上下兩層均為柔性PVDF壓電層，永磁體在外加磁場作用下產(chǎn)生磁扭力，通過接觸帶動(dòng)壓電材料彎曲變形產(chǎn)生電壓輸出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該柔性磁扭型磁電傳感器具有較高的穩(wěn)定性與磁電電壓系數(shù)αME，尤其是外加磁場為低頻時(shí)，磁電電壓系數(shù)αME仍能保持較高值，能夠?qū)崿F(xiàn)對低頻信號的檢測。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)涉及磁電器件領(lǐng)域，特別涉及一種柔性磁扭型磁電傳感器。
技術(shù)介紹
磁電效應(yīng)（magnetoelectric effect)是磁化強(qiáng)度（M)和電極化強(qiáng)度（P)之間存 在的親合作用，即外加電場能夠改變介質(zhì)的磁學(xué)性質(zhì)，或者外加磁場能夠改變介質(zhì)的電學(xué) 性能。磁電效應(yīng)的物理應(yīng)用顯而易見，它可以用來轉(zhuǎn)換能量，傳感信號，檢測磁（電）場 等。行業(yè)內(nèi)衡量磁電轉(zhuǎn)換效率的參數(shù)是磁電電壓系數(shù)δΕ/δΗ，其中E為誘導(dǎo) 產(chǎn)生的電場，H為施加磁場，單位 ：V/cm.0e)。取得大的Cxme-直是研宄人員和工程技術(shù)人 員努力的方向。 傳感器技術(shù)是促進(jìn)現(xiàn)代化進(jìn)步的一項(xiàng)重要技術(shù)，傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了從普通到高 精度，昂貴到大眾化的發(fā)展過程，發(fā)展高精度、廉價(jià)、低功耗的傳感器已經(jīng)成為目前傳感器 發(fā)展的大趨勢。磁電傳感器是傳感器中的一種，其器件功能基于磁電效應(yīng)。磁電傳感器在 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中扮演著越來越重要的作用，其可靠性和靈活性也使其應(yīng)用變得越來越 廣泛。 目前，常見的磁電型傳感器主要由磁致伸縮材料和壓電材料層疊復(fù)合而成，當(dāng)磁 場作用到磁電傳感器時(shí)，磁致伸縮材料發(fā)生形變，通過界面力的耦合將形變傳遞給壓電材 料，從而使壓電材料發(fā)生形變，通過壓電材料的正壓電效應(yīng)輸出電荷，從而實(shí)現(xiàn)磁到電的轉(zhuǎn) 換。為了獲得強(qiáng)的磁電效應(yīng)，往往需要采用具有強(qiáng)磁致伸縮系數(shù)的材料。但是，具有強(qiáng)磁致 伸縮系數(shù)的材料一般價(jià)錢昂貴，因而限制了其規(guī)模化使用。 后來，科學(xué)家將壓電片和磁鐵復(fù)合，磁鐵在外加磁場作用下產(chǎn)生磁扭力，通過界面 接觸帶動(dòng)壓電片彎曲變形產(chǎn)生電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)磁電效應(yīng)。為了與前述的層狀磁電傳感 器區(qū)別，這種磁電器件也被稱為磁扭型磁電傳感器。但是，目前的磁扭型磁電傳感器結(jié)構(gòu)中 的壓電片多采用剛性的陶瓷壓電片，其靈敏度較低，從而影響了傳感器的磁電轉(zhuǎn)換靈敏度。 另外，針對低頻探測而言，最高精度的磁電傳感器目前是SQUID，然而SQUID需要 在低溫下工作，且價(jià)格昂貴，很難得到普遍應(yīng)用。其他探測精度比較高的磁電傳感器有原子 磁力型、磁通門型、磁電阻型、磁電型傳感器等，這些類型的磁傳感器要么價(jià)格昂貴、要么制 作復(fù)雜，制約了普遍應(yīng)用。 因而，有必要開發(fā)新的低成本、高靈敏度的磁電傳感器，設(shè)計(jì)一種適合低頻檢測的 磁電傳感器，可以實(shí)現(xiàn)高的磁電電壓系數(shù)與低頻檢測相結(jié)合。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)提供了一種磁扭型磁電傳感器，其采用柔性壓電片，構(gòu)成柔性磁扭型 磁電傳感器，具有成本低、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。 本技術(shù)的技術(shù)方案為：一種柔性磁扭型磁電傳感器，包括壓電材料與永磁體， 永磁體在外加磁場作用下產(chǎn)生磁扭力，通過接觸帶動(dòng)壓電材料彎曲變形產(chǎn)生電壓輸出，其 特征是：所述壓電材料在厚度方向呈"三明治"層狀結(jié)構(gòu)，中間層為支撐層，上下兩層均為柔 性PVDF壓電層。 所述的支撐層用于支持該"三明治"層狀結(jié)構(gòu)，其材料不限，包括不銹鋼、銅、鋁、有 機(jī)聚合物等。 所述的永磁體材料不限，優(yōu)選為釹鐵硼永磁體。 作為優(yōu)選，所述的支撐層的厚度為0.0 lmm~0. 35mm。 最為優(yōu)選，所述的柔性PVDF壓電層的厚度為0.1 mm~0. 5mm。 為了獲得較大的磁扭矩，作為優(yōu)選，沿所述壓電材料的長度方向，該壓電材料的一 端固定；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述永磁體設(shè)置在該壓電材料的另一端。該結(jié)構(gòu)的柔性磁扭型磁電 傳感器的擺放方式不限，優(yōu)選為垂吊式擺放。 綜上所述，本技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)采用柔性PVDF壓電片作為磁扭型磁電傳感器中的壓電材料。與現(xiàn)有陶瓷壓電 材料，例如壓電陶瓷PZT相比，該柔性PVDF材料具有更大的磁電電壓系數(shù)，從而有利于提高 磁電傳感器的靈敏度； (2)考慮到柔性PVDF壓電材料的柔性特性不利于傳感器的穩(wěn)定性，對柔性PVDF壓 電層增加支撐層，得到復(fù)合結(jié)構(gòu)的壓電材料；并且通過支撐層材料的選擇，支撐層厚度的調(diào) 節(jié)，以兼顧具有較高的磁電電壓系數(shù)與器件穩(wěn)定性； (3)為了進(jìn)一步提高器件的穩(wěn)定性，優(yōu)選將壓電材料設(shè)計(jì)為"三明治"結(jié)構(gòu)，中間層 為支撐層，上下兩層均為柔性PVDF壓電層，即柔性PVDF壓電層對稱極化設(shè)置在支撐層的上 下表面，形成對稱結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑼饨鐪囟雀淖兊纫鸬脑胍舻鹊玫接行У窒瑥亩欣诮Y(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性； (4)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，本技術(shù)的柔性磁扭型磁電傳感器具有較高的磁電電壓系數(shù) α _，尤其是外加磁場為低頻時(shí)，該磁電電壓系數(shù)α _仍能保持較高值，能夠?qū)崿F(xiàn)對低頻信 號的檢測。并且，隨著支撐層的厚度增大，磁電電壓系數(shù)αΜΕ降低；隨著支撐層的厚度增加， 該柔性磁扭型磁電傳感器在低頻下得到恒定α _的頻率范圍增大。 本技術(shù)還提供了一種制備上述柔性磁扭型磁電傳感器的方法，包括如下步 驟： 將支撐層與柔性PVDF壓電層超聲清洗、酒精風(fēng)干后用粘結(jié)劑粘結(jié)為所述"三明 治"結(jié)構(gòu)，并且將粘結(jié)面采用銀漿導(dǎo)通，然后烘干固化； 將永磁體分別與上、下柔性PVDF壓電層相接觸連接； 在上、下柔性PVDF壓電層引出電極。【附圖說明】 圖1是本技術(shù)實(shí)施例1中柔性磁扭型磁電傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本技術(shù)實(shí)施例1中柔性磁扭型磁電傳感器的磁電壓電系數(shù)測試示意 圖。【具體實(shí)施方式】 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述，需要指出的是，以下所 述實(shí)施例旨在便于對本技術(shù)的理解，而對其不起任何限定作用。 壓電材料1、支撐層2、第一柔性PVDF壓電層3、第二柔性PVDF壓電層4、第一永磁 體5、第二永磁體6、電極7、鎖相放大器8、亥姆霍茲線圈9。 實(shí)施例1: 柔性磁扭型磁電傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由壓電材料1與永磁體組成。 壓電材料1在厚度方向呈"三明治"層狀結(jié)構(gòu)，中間層為支撐層2,上下兩層均為柔 性PVDF壓電層，即上層為第一柔性PVDF壓電層3,下層為第二柔性PVDF壓電層4。第一柔 性PVDF壓電層3與支撐層2之間為固定導(dǎo)電連接，第二柔性PVDF壓電層4與支撐層2之 間為固定導(dǎo)電連接。 支撐層2為不銹鋼材料，其長寬方向的截面尺寸為32毫米X6毫米，厚度尺寸按 下表1所示。 永磁體是兩塊尺寸均為Φ 8毫米X 2毫米的釹鐵硼永磁鐵，分別為第一永磁體5、 第二永磁體6。 第一柔性PVDF壓電層3與第二柔性PVDF壓電層4的長寬厚尺寸均為32毫米X 6 毫米X0. 1毫米。 第一永磁體5設(shè)置在第一柔性PVDF壓電層3的上方，第二永磁體6設(shè)置在第二柔 性PVDF壓電層4的下方。 電極7分別自第一柔性PVDF壓電層3與第二柔性PVDF壓電層4表面引出。 該柔性磁扭型磁電傳感器的制備方法包括如下步驟： (1)將支撐層2、第一柔性PVDF壓電層3以及第二柔性PVDF壓電層4用超聲波清 洗5分鐘，酒精風(fēng)干后使用502膠水將第一柔性PVDF壓電層3以及第二柔性PVDF壓電層 4對稱極化粘貼在支撐層2的上下兩面，形成"三明治"結(jié)構(gòu)，粘接過程保證尺寸精度，中間 點(diǎn)銀漿導(dǎo)通，然后放入烘干箱烘干固化，固化溫度為40-60°C，固化時(shí)間為1-2小時(shí)，得到壓 電材料1。 (2)使用直徑為0· 5-lmm的飛線與直徑0· 05-0. 2mm的漆包線焊接制作電極7,將 電極7的漆包線一側(cè)粘接固化在第一柔性PVDF壓電層3以及第二柔性PVDF壓電層4表面， 并保證粘接后器件具有良好導(dǎo)電性。 (3)將第一永磁本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種柔性磁扭型磁電傳感器，包括壓電材料與永磁體，永磁體在外加磁場作用下產(chǎn)生磁扭力，通過接觸帶動(dòng)壓電材料彎曲變形產(chǎn)生電壓輸出，其特征是：所述壓電材料在厚度方向呈“三明治”層狀結(jié)構(gòu)，中間層為支撐層，上下兩層均為柔性PVDF壓電層。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李潤偉，仲建安，劉宜偉，吉紅偉，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，
類型：新型
國別省市：浙江;33
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