mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2016-4-5-24-37mireabulletin-36Research ArticleАНАЛИТИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИANALYTICAL INSTRUMENT ENGINEERING AND TECHNOLOGYВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МАГНЕТОМЕТР НА ОСНОВЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКАHIGH-SENSITIVITY MAGNETOMETER BASED ON A MAGNETOELECTRIC SENSORСеровВ. Н.SerovV. N.serov@mirea.ruФетисовЛ. Ю.FetisovL. Y.noemail@neicon.ruФетисовЮ. К.FetisovY. K.noemail@neicon.ruШестаковЕ. И.ShestakovE. I.noemail@neicon.ruMoscow Тechnological University (MIREA)Russian Federation201628102016452437Copyright © Серов В.Н., Фетисов Л.Ю., Фетисов Ю.К., Шестаков Е.И., 20162016Серов В.Н., Фетисов Л.Ю., Фетисов Ю.К., Шестаков Е.И.Serov V.N., Fetisov L.Y., Fetisov Y.K., Shestakov E.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/36

Разработан высокочувствительный магнетометр на основе магнитоэлектрического датчика магнитных полей нового типа. Датчик представляет собой структуру, содержащую механически связанные слои ферромагнетика и пьезоэлектрика, помещенную в электромагнитную катушку. Магнитоэлектрический эффект возникает в результате комбинации магнитострикции ферромагнитного слоя и пьезоэффекта в пьезоэлектрическом слое. При воздействии на структуру поля накачки h c частотой f и измеряемого постоянного поля H она генерирует гармоники напряжения с частотами f, 2f, 3f и т.д. Амплитуды 1-ой и 3-ей гармоник линейно зависят от H, что и использовано для измерения поля. Исследованы полевые, частотные и амплитудные характеристики датчика. Описаны электронные схемы, реализующие обработку сигналов датчика. Изготовлен макет магнетометра с батарейным питанием, работающий в диапазоне полей 0.1-200 мЭ и обеспечивающий точность измерений 0.1 мЭ. Магнетометр может составить конкуренцию феррозондовым датчикам и найти применение в геофизике, системах навигации, дефектоскопии и медицине.

A high-sensitivity magnetometer based on new type magnetoelectric sensor was fabricated. The sensor contains a composite structure of ferromagnetic and piezoelectric layers placed inside an electromagnetic coil. Magnetoelectric effect in the structure arises due to combination of magnetostriction of the ferromagnetic layer and piezoelectricity of the piezoelectric layer. Under simultaneous action of pumping magnetic field with frequency f and dc field to be measured, the structure generates voltage harmonics with frequencies f, 2f, 3f. Amplitudes of the 1st and the 3d harmonics are linear functions of H, which is used for measurements. The field, frequency, and amplitude characteristics of the sensor were investigated. The electronics circuits used for signals processing are described. The battery powered proto-type of the magnetometer operates in the 0.1-200 mOe magnetic field range with accuracy of 0.1 mOe. The proposed magnetoelectric magnetometer may compete with fluxgate magne-tometers and find applications in geophysics, navigation, defectoscopy, and medicine.

магнетометрдатчик магнитных полеймагнитоэлектрический эффектмагнитострикцияпьезоэффектсинхронное детектированиеизмерительные устройства с автономным питаниемmagnetoelectric effectmagnetometermagnetic field sensormagnetostrictionpiezoelectric effectphase-lockingautonomous measuring devicesReferencesLenz J., Edelstein A.S. Magnetic sensors and their applications // IEEE Sensors J. 2006. V.6. P. 631-649.Lenz J., Edelstein A.S. Magnetic sensors and their applications // IEEE Sensors J. 2006. V.6. P. 631-649.Diaz-Michelena M. Small magnetic sensors for space applications // Sensors. 2009. V. 9. P. 2271-2288.Diaz-Michelena M. Small magnetic sensors for space applications // Sensors. 2009. V. 9. P. 2271-2288.Tumanski S., Modern magnetic field sensors - a review // Przeglad Elektrotechniczny. 2013. V. R 89. P. 1-12.Tumanski S., Modern magnetic field sensors - a review // Przeglad Elektrotechniczny. 2013. V. R 89. P. 1-12.Hall Effect Sensing and Application, In: Sensing and Control, Honeywell Inc., P. 1-100.Hall Effect Sensing and Application, In: Sensing and Control, Honeywell Inc., P. 1-100.Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Meas. Sci. Technol. 2009. V. 20. P. 092001.Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Meas. Sci. Technol. 2009. V. 20. P. 092001.Fetisov Y.K. Piezoelectric resonance sensors of DC magnetic fields // IEEE Sensors. 2014. V. 14. P. 1817-1821.Fetisov Y.K. Piezoelectric resonance sensors of DC magnetic fields // IEEE Sensors. 2014. V. 14. P. 1817-1821.Freitas P.P., Ferreira R., Cardoso S., Cardoso F. Magnetoresistive sensors // J. Phys.: Con-dense. Matter. 2007. V. 19. P. 165221.Freitas P.P., Ferreira R., Cardoso S., Cardoso F. Magnetoresistive sensors // J. Phys.: Con-dense. Matter. 2007. V. 19. P. 165221.Mahdi A.E., Panina L., Mapps D. Some new horizons in magnetic sensing: High-Tc SQUIDs, GMR and GMI materials // Sens. Actuators. 2003. V. A105 . P. 271-285.Mahdi A.E., Panina L., Mapps D. Some new horizons in magnetic sensing: High-Tc SQUIDs, GMR and GMI materials // Sens. Actuators. 2003. V. A105 . P. 271-285.Primdahl F. The fluxgate magnetometer // J. Pjys. E: Instr. 1979. V. 12. P. 241-253.Primdahl F. The fluxgate magnetometer // J. Pjys. E: Instr. 1979. V. 12. P. 241-253.Ripka P. Advances in fluxgate sensors // Sensors andA ctuators A: Physical. 2003. V. 106. P. 8-14.Ripka P. Advances in fluxgate sensors // Sensors andA ctuators A: Physical. 2003. V. 106. P. 8-14.Tumanski S. Induction coil sensors - a review //Meas. Sci. Techn. 2007. V. 18. P. 31-46.Tumanski S. Induction coil sensors - a review //Meas. Sci. Techn. 2007. V. 18. P. 31-46.Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspectives, status, and future directions // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 031101.Nan C.-W., Bichurin M.I., Dong S., Viehland D., Srinivasan G. Multiferroic magnetoelectric composites: Historical perspectives, status, and future directions // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. P. 031101.Scott J.F. Applications of magnetoelectrics // J. Materials Chemistry. 2012. V. 22. P. 4567.Scott J.F. Applications of magnetoelectrics // J. Materials Chemistry. 2012. V. 22. P. 4567.Wang Y., Li J., Viehland D. Magnetoelectrics for magnetic sensors applications: Status, challenges and perspectives // Materials Today. 2014. V. 17. P. 269-275.Wang Y., Li J., Viehland D. Magnetoelectrics for magnetic sensors applications: Status, challenges and perspectives // Materials Today. 2014. V. 17. P. 269-275.Vopson M., Fundamentals of Multiferroic Materials and Their Possible Applications // Crit. Rev. in Solid State and Materials Sci. 2014. P. 1-28. DOI: 10.1080/10408436.2014.992584.Vopson M., Fundamentals of Multiferroic Materials and Their Possible Applications // Crit. Rev. in Solid State and Materials Sci. 2014. P. 1-28. DOI: 10.1080/10408436.2014.992584.Kamentsev K.E., Fetisov Y.K., Srinivasan. G. Ultra-low frequency magnetoelctric effect in a multilayer ferrite-piezoelectric structure // Technical Physics. 2007. V. 52. P. 727-733.Kamentsev K.E., Fetisov Y.K., Srinivasan. G. Ultra-low frequency magnetoelctric effect in a multilayer ferrite-piezoelectric structure // Technical Physics. 2007. V. 52. P. 727-733.Kamentsev K.E., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Low-frequency nonlinear magnetoelectric effects in a ferrite-piezoelectric multilayer // APL. 2006. V. 89. P. 142510.Kamentsev K.E., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Low-frequency nonlinear magnetoelectric effects in a ferrite-piezoelectric multilayer // APL. 2006. V. 89. P. 142510.Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov Y.K., Stashkevich A.A. Highsensitivitydc field magnetometer using nonlinear resonance magnetoelectric effect // JMMM. 2016. V. 405. P. 244-248.Burdin D.A., Chashin D.V., Ekonomov N.A., Fetisov Y.K., Stashkevich A.A. Highsensitivitydc field magnetometer using nonlinear resonance magnetoelectric effect // JMMM. 2016. V. 405. P. 244-248.http://www. metglas.com/products/magnetic_materials.http://www. metglas.com/products/magnetic_materials.http://www. smart-material.com/MFC-product-main.htmlhttp://www. smart-material.com/MFC-product-main.html

The authors declare that there are no conflicts of interest present.