阅读说明：本技术 一种基于声波谐振原理的磁场探测器 (Magnetic field detector based on acoustic wave resonance principle ) 是由 不公告发明人 于 2020-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于声波谐振原理的磁场探测器,压电材料部水平地置于第一电极和第二电极之间,压电材料部中设置感应材料。在待测磁场作用下,感应材料改变力学特性,从而改变压电材料部的共振频率,通过探测该共振频率实现磁场探测。因为压电材料部中的声波的谐振频率对材料的强度或抗弯强度非常敏感,所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点,在磁场探测领域具有良好的应用前景。(The invention provides a magnetic field detector based on the acoustic wave resonance principle. Under the action of a magnetic field to be detected, the induction material changes the mechanical property, so that the resonance frequency of the piezoelectric material part is changed, and the magnetic field detection is realized by detecting the resonance frequency. Because the resonance frequency of the sound wave in the piezoelectric material part is very sensitive to the strength or the bending strength of the material, the invention has the advantage of high magnetic field detection sensitivity and has good application prospect in the field of magnetic field detection.)

一种基于声波谐振原理的磁场探测器

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于声波谐振原理的磁场探测器。

背景技术

磁场探测器在工业、医疗卫生或日常生活中应用广泛，如航天航空、电力系统、汽车工业、生命体征提取等领域。近年来，随着微机电系统技术的发展，基于微机电系统的新型传感器不断涌现。基于微机电的磁场探测器具有灵敏度高、设计灵活、易于集成等优点。探索基于新型敏感物质或新原理的磁场探测器，实现更高灵敏度的磁场探测和降低器件制备难度是当前磁场探测的关键。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于声波谐振原理的磁场探测器，该磁场探测器包括第一电极、第二电极、压电材料部、填充部、感应材料，压电材料部水平地置于第一电极和第二电极之间，压电材料部中设有填充部，感应材料设置在填充部中；应用时，在第一电极和第二电极间施加射频信号，待测磁场改变感应材料的力学特性，从而改变压电材料部的谐振频率，通过探测该谐振频率实现磁场探测。

更进一步地，填充部为垂直于所述压电材料部表面的缝隙。

更进一步地，第一电极与压电材料部的界面为斜面，第二电极与压电材料部的界面为斜面。

更进一步地，填充部为楔形。

更进一步地，填充部不穿透所述压电材料部。

更进一步地，压电材料部的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。

更进一步地，感应材料为磁致变硬材料。

更进一步地，磁致变硬材料为掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂。

更进一步地，铁粒子的尺寸为1微米-5微米。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于声波谐振原理的磁场探测器，压电材料部水平地置于第一电极和第二电极之间，压电材料部中设置感应材料。在待测磁场作用下，感应材料改变力学特性，从而改变压电材料部的共振频率，通过探测该共振频率实现磁场探测。因为压电材料部中的声波谐振频率对材料的强度或抗弯强度非常敏感，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点，在磁场探测领域具有良好的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于声波谐振原理的磁场探测器的示意图。

图2是又一种基于声波谐振原理的磁场探测器的示意图。

图中：1、第一电极；2、第二电极；3、压电材料部；4、填充部；5、感应材料。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种基于声波谐振原理的磁场探测器，如图1所示，该磁场探测器包括第一电极1、第二电极2、压电材料部3、填充部4、感应材料5。压电材料部3水平地置于第一电极1和第二电极2之间。传统上，两电极为平面，压电材料设置在两电极间，也就是结构为层状。本发明中，电极设置在压电材料部3的两侧，这样可以方便地进一步改进压电材料部3的形状，也更方便地在压电材料部3上设置其他材料，从而更方便地调节探测器的性能。压电材料部3的材料为钽酸锂、铌酸锂或石英。压电材料部3中设有填充部4，填充部4为垂直于压电材料部3表面的缝隙。在结构上，相当于填充部4将压电材料部3分为图1中的左右两部分。感应材料5设置在填充部4中。

应用时，在第一电极1和第二电极2间施加射频信号，该射频信号在压电材料部3内激发声波。该声波在第一电极1和第二电极2间产生谐振。在待测磁场的作用下，感应材料5的力学特性发生变化，从而改变压电材料部3的谐振频率，通过探测该谐振频率实现磁场探测。因为压电材料部3中声波的谐振频率对材料的强度或抗弯强度非常敏感，当感应材料5的力学特性发生变化时，压电材料部3中声波的谐振频率发生剧烈变化，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点，在磁场探测领域具有良好的应用前景。

更进一步地，感应材料5为磁致变硬材料。磁致变硬材料为掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂。铁粒子的尺寸为1微米-5微米。在待测磁场作用下，聚氨酯树脂中的铁粒子拍成直线，从而剧烈地改变聚氨酯树脂的强度。因为掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂的强度严重地依赖于磁场的强度，所以当掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂作为感应材料5时，本发明具有灵敏度高的优点。此外，当待测磁场的方向改变时，铁粒子所排成直线的方向也发生变化，导致掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂在不同方向上的硬度发生变化。也就是说，掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂的强度依赖于待测磁场的方向。换言之，在磁场作用下，掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂的强度分布为各向异性。由于不同的强度分布对压电材料部3的谐振频率的影响不同，所以掺杂有铁粒子的聚氨酯树脂作为感应材料5，还能够实现磁场方向的识别与探测。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2所示，第一电极1与压电材料部3的界面为斜面，第二电极2与压电材料部3的界面为斜面。也就是说，压电材料部3的上表面、第一电极1与压电材料部3的界面、压电材料部3的下表面、第二电极2与压电材料部3的界面构成梯形。梯形的上表面短、梯形的下表面长。这样一来，对某些频率的声波来说，声波能量主要聚集在压电材料部3的上表面附近，这些聚集的声波容易与压电材料部3上表面附近的感应材料5产生作用。所以，当在填充部4内或填充部4外设置感应材料5时，感应材料5均能够与声波产生较强的作用，降低了在填充部4内设置感应材料5的实验难度。此外，因为简单的蒸发镀膜即可实现第一电极1与压电材料部3接触、第二电极2与压电材料部3接触，所以便于制备第一电极1和第二电极2。

更进一步地，填充部4为楔形。由于声波能量主要聚集在压电材料部3的上表面，所以只要在压电材料部3的上表面附近设置感应材料5即可。本实施例中，优选地填充部4为楔形，便于制备。

更进一步地，填充部4不穿透压电材料部3。当楔形填充部4不穿透整个压电材料部3时，某些频率的声波也会从填充部4的底部穿过，在第一电极1与第二电极2间形成谐振。所以，此时具有不同路径对应的共振频率，比较对应于不同路径的共振频率，能够方便地彰显感应材料5的力学特性，从而方便地提取磁场方向及强度方面的信息。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。