Исследование магнитоэлектрического датчика тока

структур на основе магнитоэлектрического эффекта (МЭ), представляющего собой взаимодействие соединенных между собой механической связью пьезоэлектрической и магнитострикционной фаз под действием внешнего магнитного поля. На основе существующих исследований проведено дополнительное исследование применимое для структур, используемых в магнитоэлектрическом датчике тока.
Развитие МЭ структур и улучшение их параметров позволяет получить новые решения для разработок высокочувствительных устройств измерения магнитных полей.

и асимметричные сборки размером 10×1×0,7 мм из композитных материалов пьезоэлектрика ЦТС-19 и магнитострикционного материала метгласа, соединенных между собой тонким слоем клея.

Рис.1. Конструкции магниточувствительных структур: а - симметричная структура 3-3 (слоев между пьезоэлектриком) ; б - асимметричная структура n-1; Стрелками указано направление постоянного и переменного магнитных полей и направление поляризации.
1 - пьезоэлектрик ЦТС-19, 2 - обкладки Метгласа

учитывать несколько параметров: количество слоев магнитострикционного материала; толщину пластины пьезоэлектрика; толщину клеевой прослойки.

Рисунок 2 – Зависимость МЭ коэффициента от Hdc для структуры Метглас-ЦТС-Метглас при различном числе слоев(N) Метгласа при f = 1 кГц.

3 слоя Метглас – ЦТС-19 – 3 слоя Метглас. Такое количество слоев Метгласа N=3 в МЭ композите является оптимальным, потому что показывает высокие показатели МЭ коэффициента при более простом технологическом маршруте. На рисунке 3 представлена выходная характеристика структуры 3-3, параметры которой в магнитном насыщении составили 750 мВ для структуры 10×1×0,7 мм.

Рис.3 - График зависимости выходного напряжения от частоты в симметричной слоистой МЭ структуре:
3-3 (слоев Метгласа между пьезоэлектриком) ;

чувствительности МЭ-сенсора, применив несимметричную структуру n-слоев Метглас - ЦТС19 – 1 слой Метглас (рис.1, б).

Увеличение МЭ эффекта в композитных структурах можно получить, возбуждая образец переменным магнитным полем, частота которого совпадает с частотой собственных акустических колебаний МЭ структуры. При таком возбуждении структура переходит в низкочастотный резонансный режим, при котором существенно увеличивается МЭ коэффициент. Особенностью данного режима является то, что он наиболее сильно проявляется в асимметричных структурах.

были проведены дополнительные исследования по определению зависимости чувствительности МЭ-элемента от количества слоев для структур габаритно применимых в датчике тока. График зависимости выходного напряжения МЭ-элемента от частоты в резонансном режиме показан на рисунке 3

Рисунок.3 - График зависимости выходного напряжения от частоты в асимметричных слоистых МЭ структурах:
4-1, 5-1, 6-1, 7-1 (слоев Метгласа между пьезоэлектриком) ;

6-1 показывает высокую перспективность использования асимметричных МЭ структур в МЭ ДТ.

В результате были получены данные, согласно которым наибольшие значения магнитоэлектрического эффекта в резонансном режиме наблюдаются у структуры 6 слоев Метглас - ЦТС19 – 1 слой Метглас.
Представленные в исследовании данные позволили определить технологические максимумы слоистых магниточувствительных структур. Дальнейшие действия по увеличению чувствительности будут связаны с подбором катушки индуктивности с необходимыми техническими параметрами.