压电变压器结构的便携式磁电耦合交/直流磁强计

摘要

为解决磁-机-电耦合效应传感器面临的热积累问题，以及其对低功耗应用和器件耐用性的挑战，提出了一种基于磁电耦合压电变压器结构的磁强计。该磁强计结合压电材料和磁致伸缩材料，采用双模式检测机制：在无源模式下，利用磁-机-电耦合效应直接检测交流磁场；在有源模式下，基于Delta-E效应实现电压驱动的直流磁场检测。通过实验测试和等效电路模拟，研究了长度纵振共振峰的偏移特性，以及弹性柔度系数与机械品质因子的磁场响应关系。通过设计一个低噪声电荷放大电路，将磁电传感器产生的高阻抗电荷信号高效转换为低阻抗电压信号，在此基础上，成功研制了一款集成STM32单片机与驱动电路的便携式交/直流磁强计样机。实验结果表明，该磁强计在频率为100、300 Hz时，交流磁场检测限分别为3.18、0.88 A/m,直流磁场检测限为3.58 A/m,性能显著优于基于霍尔原理的商用高斯计，其检测限约为55.7 A/m。该磁强计显著提高了磁场检测的灵敏度和分辨率，尤其在弱磁检测领域提供了参考。

关键词

弱磁检测 / 磁传感器 / 磁-机-电耦合

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2022YFB3206800); 广西电网公司科技资助项目(GXKJXM20230186)