一种基于悬臂梁的高灵敏磁场探测装置

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于悬臂梁的高灵敏磁场探测装置。

背景技术

磁场测量涉及工程技术的多个领域。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悬臂梁的高灵敏磁场探测装置，包括：振源、悬臂梁、压电材料块、磁致伸缩材料部；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，磁致伸缩材料部设置在悬臂梁内。

更进一步地，磁致伸缩材料部设置在悬臂梁靠近固定端的部位内。

更进一步地，悬臂梁的截面为矩形。

更进一步地，磁致伸缩材料部的截面为矩形。

更进一步地，磁致伸缩材料部的截面非对称地设置在悬臂梁的截面内。

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，磁致伸缩材料部的材料为稀土磁致伸缩材料。

更进一步地，磁致伸缩材料部的长度小于悬臂梁的长度。

更进一步地，磁致伸缩材料部截面的长边与悬臂梁截面的长边平行。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于悬臂梁的高灵敏磁场探测装置，包括：振源、悬臂梁、压电材料块、磁致伸缩材料部；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，磁致伸缩材料部设置在悬臂梁内。应用时，在待测磁场中，磁致伸缩材料部伸长，从而改变悬臂梁的应力及其分布，从而改变悬臂梁的共振频率，通过探测悬臂梁共振频率的变化，实现待测磁场的测量。本发明是基于悬臂梁的，因为悬臂梁的共振频率对悬臂梁内的应力变化非常敏感，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点，在高灵敏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是一种基于悬臂梁的高灵敏磁场探测装置的示意图。

图2是悬臂梁固定端附近截面的示意图。

图中：1、振源；2、悬臂梁；3、压电材料块；4、磁致伸缩材料部。

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悬臂梁的高灵敏磁场探测装置。如图1所示，该基于悬臂梁的高灵敏磁场探测装置包括振源1、悬臂梁2、压电材料块3、磁致伸缩材料部4。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。压电材料块3的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。磁致伸缩材料部4设置在悬臂梁2内。也就是说，磁致伸缩材料部4被悬臂梁2包覆。磁致伸缩材料部4的材料为稀土磁致伸缩材料，在磁场的作用下，磁致伸缩材料部4发生较大幅度的伸缩。磁致伸缩材料部4的长度小于悬臂梁2的长度。

应用时，在待测磁场中，磁致伸缩材料部4伸长，从而改变悬臂梁2的应力及其分布，从而改变悬臂梁2的共振频率，通过探测悬臂梁2共振频率的变化，实现待测磁场的测量。本发明是基于悬臂梁2的，因为悬臂梁2的共振频率对悬臂梁2内的应力变化非常敏感，所以本发明具有磁场探测灵敏度高的优点，在高灵敏磁场探测领域具有良好的应用前景。

实施例2

在实施例1的基础上，磁致伸缩材料部4设置在悬臂梁2靠近固定端的部位内。当悬臂梁2振动时，悬臂梁2固定端附近发生较大的弯曲。当磁致伸缩材料部4设置在悬臂梁2靠近固定端的部位内时，磁致伸缩材料部4的伸缩对悬臂梁2内应力的改变更大，从而更多地改变悬臂梁2的共振频率，从而实现更高灵敏度的磁场探测。

实施例3

在实施例2的基础上，如图2所示，悬臂梁2的截面为矩形。磁致伸缩材料部4的截面为矩形。磁致伸缩材料部4的截面非对称地设置在悬臂梁2的截面内。这样一来，磁致伸缩材料部4的伸缩不仅改变了悬臂梁2内的应力，而且在悬臂梁2截面的不同方向对悬臂梁2应力的改变不同，从而造成悬臂梁2扭曲的效果，从而更多地改变悬臂梁2的共振频率，从而实现更高灵敏度的磁场探测。

更进一步地，如图2所示，磁致伸缩材料部4截面的长边与悬臂梁2截面的长边平行。在图2中，竖直方向为悬臂梁2厚度方向；水平方向为悬臂梁2宽度方向。磁致伸缩材料部4的长边方向为悬臂梁2的宽度方向；磁致伸缩材料部4的短边方向为悬臂梁2的厚度方向。这样一来，在悬臂梁2厚度方向，应力的改变较多；在悬臂梁2宽度方向，应力的改变较少，从而在悬臂梁2内产生扭曲的效果更明显，从而更多地改变悬臂梁2的共振频率，从而实现更高灵敏度的磁场探测。

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。