一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器的制作方法

本发明属于传感测量领域，适用于对高频微小磁场的精确测量。

背景技术：

磁场的测量有着悠久的历史，最初人们对磁场的测量目的是辨别方向，只是定性的测量，随着物理学和电子技术的不断发展，需要对磁场进行精确测量。磁场测量通常以磁场强度的大小作为标准，目前在地球物理学、空间科学、生物医学、工业探伤、军事技术等领域都对磁场的精确测量提出了极高的要求。

磁场测量常用的方法包括磁通门法、霍尔效应法、磁阻效应法、磁共振法、超导效应法、磁光效应法等。其中磁通门法、霍尔效应法、磁阻效应法适用于稳恒、低频和中频微小磁场的精确测量，测量精度能够达到10^-10t，而磁共振法、超导效应法、磁光效应法适用于超强磁场的测量，能够实现10t量级的强磁场测量。目前对于高频变化的微小磁场尚无法在保证成本的情况下实现精确的实时测量。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题：对高频微小磁场的精确测量问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器，该传感器包括：正极接线端口，负极接线端口，电容正极极板，电容负极极板，磁性液体液滴，被密封空气，密封腔体。

该传感器各部分之间的连接：

正极接线端口与电容正极极板相连，负极接线端口与电容负极极板相连，电容正极极板和电容负极极板分别位于密封腔体的两侧，磁性液体液滴位于密封腔体的底部。

该传感器的整体尺寸为毫米量级，当外部无磁场作用时，磁性液体液滴位于密封腔体的底部，此时电容正极极板与电容负极极板之间的介质为被密封空气，当外部存在磁场作用时，磁性液体液滴将形成尖峰，此时电容正极极板与电容负极极板之间的介质一部分为被密封空气，另一部分为磁性液体液滴，磁场强度越大，磁性液体液滴的尖峰高度越高，电容正极极板与电容负极极板之间被密封空气所占的体积分数越小，磁性液体液滴所占的体积分数越大。由电容的决定式可知，当电容正极极板和电容负极极板之间的距离和正对面积一定时，介电常数越大，电容值越大，由于磁性液体液滴的介电常数远大于空气，因此当存在磁场作用时，由于电容正极极板与电容负极极板之间的介质发生变化，使得电容值增大，在一定范围内，磁场越强，电容值越大，通过正极接线端口和负极接线端口能够测量电容值的变化。

本发明的有益效果：

由于磁性液体液滴为软磁材料，具有超顺磁性，弛豫时间极短，存在外部磁场时，磁性液体液滴瞬时形成尖峰，使得电容正极极板和电容负极极板之间介质的介电常数发生变化，进而引起电容变化，去掉磁场后，磁性液体液滴回到密封腔体的底部，电容也回到初始值，由于磁性液体液滴的弛豫时间极短且不存在剩磁和矫顽力，这样就实现了对高频微小磁场的精确测量。

附图说明

图1一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器。

图中：正极接线端口1，负极接线端口2，电容正极极板3，电容负极极板4，磁性液体液滴5，被密封空气6，密封腔体7。

具体实施方式

以附图1为具体实施方式对本发明作进一步说明：

一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器，该传感器包括：正极接线端口1，负极接线端口2，电容正极极板3，电容负极极板4，磁性液体液滴5，被密封空气6，密封腔体7。

正极接线端口1与电容正极极板3相连，负极接线端口2与电容负极极板4相连，电容正极极板3和电容负极极板4分别位于密封腔体6的两侧，磁性液体液滴5位于密封腔体7的底部，被密封空气6位于密封腔体7的上部。

该传感器的整体尺寸为毫米量级，当外部无磁场作用时，磁性液体液滴5位于密封腔体7的底部，此时电容正极极板3与电容负极极板4之间的介质为被密封空气6，当外部存在磁场作用时，如图1中h所示，磁性液体液滴5将形成尖峰，如图1中加粗实线所示，此时电容正极极板3与电容负极极板4之间的介质一部分为被密封空气6，另一部分为磁性液体液滴5，磁场强度h越大，磁性液体液滴5的尖峰高度越高，电容正极极板3与电容负极极板4之间被密封空气6所占的体积分数越小，磁性液体液滴5所占的体积分数越大。由电容的决定式可知，当电容正极极板3和电容负极极板4之间的距离和正对面积一定时，介电常数越大，电容值越大，由于磁性液体液滴的介电常数远大于空气，因此当存在磁场作用时，由于电容正极极板3与电容负极极板4之间的介质发生变化，使得电容值增大，在一定范围内，磁场越强，电容值越大，通过正极接线端口1和负极接线端口2能够测量电容值的变化。

由于磁性液体液滴5为软磁材料，具有超顺磁性，弛豫时间极短，存在外部磁场时，磁性液体液滴5瞬时形成尖峰，使得电容正极极板3和电容负极极板4之间介质的介电常数发生变化，进而引起电容变化，去掉磁场后，磁性液体液滴5回到密封腔体7的底部，电容也回到初始值，由于磁性液体液滴5的弛豫时间极短且不存在剩磁和矫顽力，这样就实现了对高频微小磁场的精确测量。

技术特征：

技术总结
一种基于磁性液体液滴的电容式磁场强度传感器，适用于对高频微小磁场的精确测量。该传感器包括：正极接线端口(1)，负极接线端口(2)，电容正极极板(3)，电容负极极板(4)，磁性液体液滴(5)，被密封空气(6)，密封腔体(7)。由于磁性液体液滴(5)为软磁材料，具有超顺磁性，弛豫时间极短，存在外部磁场时，磁性液体液滴(5)瞬时形成尖峰，使得电容正极极板(3)和电容负极极板(4)之间介质的介电常数发生变化，进而引起电容变化，去掉磁场后，磁性液体液滴(5)回到密封腔体(7)的底部，电容也回到初始值，由于磁性液体液滴(5)的弛豫时间极短且不存在剩磁和矫顽力，这样就实现了对高频微小磁场的精确测量。

技术研发人员：谢君;李德才
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2018.12.20
技术公布日：2019.04.16