ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ МАГНЕТОМЕТР НА ОСНОВЕ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

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.

магнетометр, датчик магнитных полей, магнитоэлектрический эффект, магнитострикция, пьезоэффект, синхронное детектирование, измерительные устройства с автономным питанием

1. Lenz J., Edelstein A.S. Magnetic sensors and their applications // IEEE Sensors J. 2006. V.6. P. 631-649.

2. Diaz-Michelena M. Small magnetic sensors for space applications // Sensors. 2009. V. 9. P. 2271-2288.

3. Tumanski S., Modern magnetic field sensors - a review // Przeglad Elektrotechniczny. 2013. V. R 89. P. 1-12.

4. Hall Effect Sensing and Application, In: Sensing and Control, Honeywell Inc., P. 1-100.

5. Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Meas. Sci. Technol. 2009. V. 20. P. 092001.

6. Fetisov Y.K. Piezoelectric resonance sensors of DC magnetic fields // IEEE Sensors. 2014. V. 14. P. 1817-1821.

7. Freitas P.P., Ferreira R., Cardoso S., Cardoso F. Magnetoresistive sensors // J. Phys.: Con-dense. Matter. 2007. V. 19. P. 165221.

8. 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.

9. Primdahl F. The fluxgate magnetometer // J. Pjys. E: Instr. 1979. V. 12. P. 241-253.

10. Ripka P. Advances in fluxgate sensors // Sensors andA ctuators A: Physical. 2003. V. 106. P. 8-14.

11. Tumanski S. Induction coil sensors - a review //Meas. Sci. Techn. 2007. V. 18. P. 31-46.

12. 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.

13. Scott J.F. Applications of magnetoelectrics // J. Materials Chemistry. 2012. V. 22. P. 4567.

14. Wang Y., Li J., Viehland D. Magnetoelectrics for magnetic sensors applications: Status, challenges and perspectives // Materials Today. 2014. V. 17. P. 269-275.

15. 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.

16. 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.

17. Kamentsev K.E., Fetisov Y.K., Srinivasan G. Low-frequency nonlinear magnetoelectric effects in a ferrite-piezoelectric multilayer // APL. 2006. V. 89. P. 142510.

18. 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.

19. http://www. metglas.com/products/magnetic_materials.

20. http://www. smart-material.com/MFC-product-main.html