一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置
阅读说明：本技术 一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置 (Cantilever beam type magnetic field detection device based on magnetic particles ) 是由 不公告发明人 于 2020-07-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁场探测领域,具体提供了一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置,悬臂梁固定在振源上,压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位,压电材料块与外部电路连接,中空槽板设置在悬臂梁上,液体设置在中空槽板内,磁性颗粒掺杂在液体内。应用时,在待测磁场的作用下,磁性颗粒受到磁场力的作用,磁性颗粒在液体中移动,磁性颗粒的移动改变了悬臂梁整体的质量分布,从而改变了悬臂梁的共振频率,通过测量该共振频率的改变实现磁场探测。本发明结构简单、成本低。另外,因为悬臂梁的固有共振频率对悬臂梁整体的质量分布非常敏感,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重要的应用前景。(The invention relates to the field of magnetic field detection, and particularly provides a cantilever beam type magnetic field detection device based on magnetic particles. During application, under the action of a magnetic field to be detected, the magnetic particles are acted by the action of the magnetic field force, the magnetic particles move in the liquid, and the movement of the magnetic particles changes the overall mass distribution of the cantilever beam, so that the resonance frequency of the cantilever beam is changed, and magnetic field detection is realized by measuring the change of the resonance frequency. The invention has simple structure and low cost. In addition, because the inherent resonance frequency of the cantilever beam is very sensitive to the overall mass distribution of the cantilever beam, the invention has the advantage of high magnetic field detection sensitivity and has important application prospect in the field of magnetic field detection.)
技术领域
本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置。
背景技术
现有磁场探测技术主要是基于霍尔效应、核磁共振效应、法拉第电磁感应等效应的，设备复杂，成本高。探索基于其他原理的磁场测量技术，降低设备的复杂度和成本，是当前磁场探测技术发展的重要方向。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置，包括：振源、悬臂梁、压电材料块、中空槽板、液体、磁性颗粒；悬臂梁固定在振源上，压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接，中空槽板设置在悬臂梁上，液体设置在中空槽板内，磁性颗粒掺杂在液体内。
更进一步地，中空槽板为长方形，长方形的长边沿悬臂梁方向。
更进一步地，中空槽板为束腰形，束腰形的旋转对称轴沿悬臂梁方向。
更进一步地，中空槽板为直角三角形，直角三角形的一条直角边沿悬臂梁方向，直角三角形的另一条直角边垂直于悬臂梁方向并且靠近悬臂梁的自由端。
更进一步地，中空槽板延伸出悬臂梁的自由端。
更进一步地，悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。
更进一步地，压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。
更进一步地，液体为乙醇。
更进一步地，磁性颗粒为四氧化三铁颗粒。
更进一步地，中空槽板的材料为铜。
本发明的有益效果：本发明提供了一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置，悬臂梁固定在振源上，压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部电路连接，中空槽板设置在悬臂梁上，液体设置在中空槽板内，磁性颗粒掺杂在液体内。应用时，在待测磁场的作用下，磁性颗粒受到磁场力的作用，磁性颗粒在液体中移动，磁性颗粒的移动改变了悬臂梁整体的质量分布，从而改变了悬臂梁的共振频率，通过测量该共振频率的改变实现磁场探测。本发明结构简单、成本低。另外，因为悬臂梁的固有共振频率对悬臂梁整体的质量分布非常敏感，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重要的应用前景。
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是一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置的示意图。
图2是又一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置的示意图。
图3是再一种基于磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置的示意图。
图中：1、振源；2、悬臂梁；3、压电材料块；4、中空槽板；5、磁性颗粒。
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磁性颗粒的悬臂梁式磁场探测装置。如图1所示，该磁场探测装置包括振源1、悬臂梁2、压电材料块3、中空槽板4、液体、磁性颗粒5。悬臂梁2固定在振源1上。悬臂梁2的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。压电材料块3设置在悬臂梁2顶面上靠近固定端的部位，压电材料块3与外部电路连接，用以探测悬臂梁2的振动。压电材料块3的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。中空槽板4设置在悬臂梁2上，液体设置在中空槽板4内。中空槽板4的材料为铜。磁性颗粒5掺杂在液体内。磁性颗粒5为铁的氧化物颗粒、钴磁性颗粒或镍磁性颗粒。优选地，磁性颗粒5为四氧化三铁颗粒。
应用时，在待测磁场的作用下，磁性颗粒5受到磁场力的作用，磁性颗粒5在液体中移动，磁性颗粒5的移动改变了悬臂梁2整体的质量分布，从而改变了悬臂梁2的共振频率，通过测量该共振频率的改变实现磁场探测。本发明只要在现有悬臂梁技术上设置中空槽板4即可，结构简单、成本低。另外，因为悬臂梁2的固有共振频率对悬臂梁2整体的质量分布非常敏感，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重要的应用前景。
更进一步地，液体为乙醇。因为乙醇的密度小，当磁性颗粒5在中空槽板4内移动时，悬臂梁2质量分布变化更多，更多地改变悬臂梁2的固有共振频率，提高磁场探测的灵敏度。另外，乙醇的粘附系数小，便于磁性颗粒5在乙醇中顺利地移动，减少了磁场探测装置的响应时间。
在本发明中，液体可以填充满中空槽板4，也可以不填充满中空槽板4。不过，液体的量要能够满足磁性颗粒5在中空槽板4中移动。优选地，液体填充满中空槽板4。这样一来，悬臂梁2质量分布的变化仅仅是由磁性颗粒5的位置变化造成的，测量结果准确。
更进一步地，磁性颗粒5的尺寸不同。也就是说，中空槽板4内有大尺寸磁性颗粒5，也含有小尺寸磁性颗粒5。这样一来，当磁性颗粒5移动时，小尺寸的磁性颗粒5能够钻进大尺寸磁性颗粒5的缝隙内，从而使得悬臂梁2的质量分布变化更多，进而提高磁场探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图1所示，中空槽板4为长方形，长方形的长边沿悬臂梁2方向。这样一来，磁性颗粒5沿悬臂梁2方向移动的距离更大，更多地改变悬臂梁2的质量分布，更多地改变悬臂梁2的固有共振频率，提高了磁场探测的灵敏度。
实施例3
在实施例1的基础上，如图2所示，中空槽板4为束腰形，束腰形的旋转对称轴沿悬臂梁方向。在磁场的作用下，磁性颗粒5逐步移动，逐步改变悬臂梁2的共振频率，这样能够检测磁性颗粒5在液体中的流动状态，用以测量磁性颗粒5在液体中的粘附系数。
实施例4
在实施例1的基础上，如图3所示，中空槽板4为直角三角形，直角三角形的一条直角边沿悬臂梁2方向，直角三角形的另一条直角边垂直于悬臂梁2方向并且靠近悬臂梁2的自由端。在磁场的作用下，磁性颗粒5向图3中的右侧移动，最终分布在直角三角形的直角边附近。最终，在垂直于悬臂梁2方向质量分布是不均匀的，导致悬臂梁2的杨氏模量分布为非均匀性。这样一来，不仅移动了悬臂梁2的固有振动频率，而且改变了固有振动频率的宽度。因此，可以从两个物理量确定待测磁场，从而更准确地探测磁场。
实施例5
在实施例1-4的基础上，中空槽板4延伸出悬臂梁2的自由端。这样一来，能够更多地改变悬臂梁2的质量分布，更多地改变悬臂梁2的固有振动频率，提高磁场探测的灵敏度。传统中，改变悬臂梁2时，经常在悬臂梁2的尺度内改变悬臂梁2；本实施例突破传统思维惯性，将中空槽板4延伸出悬臂梁2的自由端，能够实现更灵敏的磁场探测。
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。