一种差分结构的磁电复合磁敏感器件的制作方法

本发明涉及一种差分结构的磁电复合磁敏感器件，属于磁传感器和电流检测。

背景技术：

1、近年来，随着铁磁、铁电、铁弹等新型功能材料的不断发展，出现了以磁致伸缩材料和压电材料为基础的磁电复合材料，该种材料利用磁致伸缩效应和压电效应的耦合效应磁电效应来实现磁场的探测。基于磁电复合材料的磁电传感器因其独特的工作原理和结构组成有望满足诸多重要应用对高灵敏度、低功耗、小型化、大量程、低成本、室温工作、矢量型探测等综合性能的要求。如前所述，电流非接触测量的实质就是测量电流所产生的磁场，因此，这种新型的磁场传感器为电流检测提供了新思路。

2、然而在实际的使用过程中，特别是强电流、高电压的环境中，要测量微弱电流，会面临很大的现场背景磁场干扰，解决方法包括磁屏蔽、磁场标定和差分结构，磁屏蔽通过屏蔽背景磁场来实现准确测量，但为达到较好的屏蔽效果，磁屏蔽的体积和重量都较大，材料成本较高，且磁屏蔽并不能完全屏蔽所有背景磁场；现场磁场标定通过事先测量的背景磁场测量参数来消去背景磁场的影响，仅适合背景磁场变化较小的场合，在变电站等电流变化较大的场景内无法适用，差分结构通过传感器的差值消去背景磁场的影响，但一般的差分结构会造成灵敏度的显著下降。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种差分结构的磁电复合磁敏感器件。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，包括：测量器件、补偿器件、器件支架和磁屏蔽层；

3、其中，测量器件、补偿器件、磁屏蔽层安装在器件支架内；

4、所述测量器件位于待测磁体上方，且测量器件的长度方向与待测磁体的磁场方向平行，用于测量待测磁体的磁场大小；

5、所述补偿器件与测量器件正交放置，且测量器件的底部设置所述磁屏蔽层，用于屏蔽待测磁体平行于补偿器件长度方向的磁场，以便采集空间背景磁场大小；

6、将测量的待测磁体的磁场大小减去采集的空间背景磁场大小得到待测磁体最终的磁场大小。

7、进一步的，还包括：

8、磁屏蔽层，所述磁屏蔽层安装在器件支架内，并位于补偿器件下方。

9、进一步的，所述测量器件包括：测量压电体，测量电极和测量磁致伸缩薄膜，其中，在测量压电体的两侧向外依次设有测量电极和测量磁致伸缩薄膜。

10、进一步的，所述测量电极与测量压电体、测量磁致伸缩薄膜与测量电极分别机械连接。

11、进一步的，所述补偿器件包括：补偿压电体、补偿电极和补偿磁致伸缩薄膜，其中，在补偿压电体的两侧向外依次设有补偿电极和补偿磁致伸缩薄膜。

12、进一步的，所述补偿电极与补偿压电体、补偿磁致伸缩薄膜与补偿电极分别机械连接。

13、进一步的，所述测量压电体与补偿压电体的几何尺寸与材料相同，测量电极与补偿电极的几何尺寸与材料相同，测量磁致伸缩薄膜与补偿磁致伸缩薄膜的几何尺寸与材料相同。

14、进一步的，所述器件支架包括：测量器件安装槽和补偿器件安装槽，其中测量器件安装槽的深度比补偿器件安装槽的深度深。

15、进一步的，所述磁屏蔽层设在补偿器件安装槽的底部。

16、进一步的，所述测量器件、补偿器件、磁屏蔽层均与器件支架机械连接。

17、本发明所达到的有益效果：

18、本发明设计了正交放置的测量器件和补偿器件，利用待测磁场的方向性和背景磁场的无方向性以及器件的各向异性，使补偿器件尽量不对待测量磁场敏感，而只对背景磁场敏感，从而利用测量器件和补偿器件输出的差值计算待测量磁场，自动补偿了背景磁场对测量和标定的影响。

技术特征：

1.一种差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，包括：测量器件（1）、补偿器件（2）、器件支架（3）和磁屏蔽层（4）；

2.根据权利要求1所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述测量器件（1）包括：测量压电体（11），测量电极（12）和测量磁致伸缩薄膜（13），其中，在测量压电体（11）的两侧向外依次设有测量电极（12）和测量磁致伸缩薄膜（13）。

3.根据权利要求2所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述测量电极（12）与测量压电体（11）、测量磁致伸缩薄膜（13）与测量电极（12）分别机械连接。

4.根据权利要求2所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述补偿器件（2）包括：补偿压电体（21）、补偿电极（22）和补偿磁致伸缩薄膜（23），其中，在补偿压电体（21）的两侧向外依次设有补偿电极（22）和补偿磁致伸缩薄膜（23）。

5.根据权利要求4所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述补偿电极（22）与补偿压电体（21）、补偿磁致伸缩薄膜（23）与补偿电极（22）分别机械连接。

6.根据权利要求4所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述测量压电体（11）与补偿压电体（21）的几何尺寸与材料相同，测量电极（12）与补偿电极（22）的几何尺寸与材料相同，测量磁致伸缩薄膜（13）与补偿磁致伸缩薄膜（23）的几何尺寸与材料相同。

7.根据权利要求1所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述器件支架（3）包括：测量器件安装槽（31）和补偿器件安装槽（32），其中测量器件安装槽（31）的深度比补偿器件安装槽（32）的深度深。

8.根据权利要求7所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述磁屏蔽层（4）设在补偿器件安装槽（32）的底部。

9.根据权利要求1所述的差分结构的磁电复合磁敏感器件，其特征在于，所述测量器件（1）、补偿器件（2）、磁屏蔽层（4）均与器件支架（3）机械连接。

技术总结
本发明公开了一种差分结构的磁电复合磁敏感器件，测量器件、补偿器件、磁屏蔽层安装在器件支架内；测量器件位于待测磁体上方，且测量器件的长度方向与待测磁体的磁场方向平行，用于测量待测磁体的磁场大小；补偿器件与测量器件正交放置，且测量器件的底部设置所述磁屏蔽层，用于屏蔽待测磁体平行于补偿器件长度方向的磁场，以便采集空间背景磁场大小。优点：本发明设计了正交放置的测量器件和补偿器件，利用待测磁场的方向性和背景磁场的无方向性以及器件的各向异性，使补偿器件尽量不对待测量磁场敏感，而只对背景磁场敏感，从而利用测量器件和补偿器件输出的差值计算待测量磁场，自动补偿了背景磁场对测量和标定的影响。

技术研发人员：路永玲,王真,胡成博,杨景刚,孙蓉,贾骏,付慧,李双伟,刘子全,朱雪琼,陈挺,王如山,李勇,薛海,姚楠
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12