一种宽频带磁电复合磁敏感器件及电流检测装置的制作方法

1.本发明涉及一种宽频带磁电复合磁敏感器件及电流检测装置，属于磁场传感器和电流检测技术领域。


背景技术：

2.近年来，随着铁磁、铁电、铁弹等新型功能材料的不断发展，出现了以磁致伸缩材料和压电材料为基础的磁电复合材料，该种材料利用磁致伸缩效应和压电效应的耦合效应磁电效应来实现磁场的探测。基于磁电复合材料的磁场传感器因其独特的工作原理和结构组成有望满足诸多重要应用对高灵敏度、低功耗、小型化、大量程、低成本、室温工作、矢量型探测等综合性能的要求。如前所述，电流非接触测量的实质就是测量电流所产生的磁场，因此，这种新型的磁场传感器为电流检测提供了新思路。
3.目前的磁场传感器已能实现从直流到20khz的检测带宽，但由于压电基体的本征谐振频率带宽并非无限，因此针对更宽的检测带宽需求，需要使用一些技术手段来提高器件的检测带宽。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种宽频带磁电复合磁敏感器件及电流检测装置，解决磁场传感器器件检测带宽范围较小的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
6.本发明提供了一种宽频带磁电复合磁敏感器件，包括压电体，所述压电体包括有多个厚度不同的压电区域；不同厚度的压电区域分别配置有各自的第一电极，各压电区域背离所述第一电极的一侧配置有共用的第二电极；各所述第一电极及所述第二电极上分别连接有各自的焊盘；
7.各所述第一电极、及所述第二电极远离所述压电体的一侧分别设有磁致伸缩薄膜，各磁致伸缩薄膜之间互不连接。
8.进一步的，厚度不同的压电区域并列排布呈阶梯状。
9.进一步的，对于相邻的两个压电区域，厚度较小的压电区域的厚度不超过厚度较大的压电区域的厚度的三分之二。
10.进一步的，各所述第一电极的厚度相同。
11.进一步的，与所述第一电极连接的焊盘之间相互导通。
12.进一步的，所述焊盘为蒸镀于压电体上的金属膜。
13.进一步的，设于不同第一电极上的磁致伸缩薄膜的厚度不同。
14.进一步的，所述压电区域至少设有三个。
15.本发明还提供了一种电流检测装置，包括所述的宽频带磁电复合磁敏感器件。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
17.1、该宽频带磁电复合磁敏感器件，通过压电体包括有多个厚度不同的压电区域，
使得压电体具有多个谐振频率，从而提高了磁电复合磁敏感器件的检测带宽，保证了磁电复合磁敏感器件的适用性；
18.2、通过改变不同第一电极上的磁致伸缩薄膜的厚度，使厚度更厚的压电区域对应的磁致伸缩薄膜厚度也更厚，提高对应的电信号幅度，从而对信号强度损失进行补偿，保证了本发明的适用性。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例提供的一种宽频带磁电复合磁敏感器件的结构示意图；
20.图2是根据本发明实施例提供的一种宽频带磁电复合磁敏感器件的压电体的结构示意图。
21.图中：1、压电体；11、区域一；12、区域二；13、区域三；21、第一电极区域一；22、第一电极区域二；23、第一电极区域三；3、第二电极；4、磁致伸缩薄膜区域四；51、磁致伸缩薄膜区域一；52、磁致伸缩薄膜区域二；53、磁致伸缩薄膜区域三；6、第一焊盘；7、第二焊盘。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例一：
26.如图1-2所示，本发明提供了一种宽频带磁电复合磁敏感器件，包括压电体1，压电体1包括有多个厚度不同的压电区域；不同厚度的压电区域分别配置有各自的第一电极，各压电区域背离第一电极的一侧配置有共用的第二电极3；各第一电极及第二电极3上分别连接有各自的焊盘，用于给压电体1通电极化以及输出信号。各第一电极、及第二电极3远离压电体1的一侧分别设有磁致伸缩薄膜，各磁致伸缩薄膜之间互不连接，避免影响磁致伸缩薄膜各自的压磁效应。
27.本发明实施例提供的宽频带磁电复合磁敏感器件工作原理是：利用磁致伸缩薄膜在外界磁场发生改变后会发生形变，压电体1随感应磁致伸缩薄膜形变而产生形变，从而输
出一定的电荷，即通过压电效应将待检测磁场变化转变为电压信号，从而完成检测工作。
28.由于磁致伸缩薄膜的位置位于压电体1厚度方向的两侧，磁致伸缩薄膜沿着压电体1的厚度方向进行外力作用，压电体1的谐振频率主要由其厚度决定，通过构建厚度不同的压电区域，使得多个不同厚度的压电区域具有多个谐振频率，使压电体1具有多个谐振频率，从而提高了磁电复合磁敏感器件的检测带宽，保证了磁电复合磁敏感器件的适用性。
29.所谓压电体1是指具有压电效应的材料，例如：pzt、pmvpt、pzmpt等。一种实施例，压电体1中厚度不同的压电区域可以采用一体结构，为便于生产加工、安装及标定工作，厚度不同的压电区域可以并列排布呈阶梯状。但不限于此，多个厚度不同的压电区域也可以随机间隔排列。为避免相邻两压电区域的厚度大小过于接近，无法达到提高检测带宽的目的，对于相邻的两个压电区域，厚度较小的压电区域的厚度一般不超过厚度较大的压电区域的厚度的三分之二。
30.本实施例中，对应各压电区域产生的电荷通过第一电极和第二电极3交流输出，第一电极的厚度基本相同，避免因第一电极的厚度偏差，影响压电体1对磁致伸缩膜形变压力的感应，也避免造成压电体1各区域的温度特性不一致，从而对于磁电复合磁敏感器件的检测精度造成影响。
31.焊盘包括第一焊盘6和第二焊盘7，第二焊盘7与第二电极3电连接，第一焊盘6同时与多个第一电极电连接，减少了不同厚度压电区域单独连接第一电极时的连线数量和电阻损失，提高了本发明的实用性。焊盘可以采用蒸镀于压电体上1的金属膜(也可采用溅射、电镀等其余方式)，保证了焊盘的使用效果。
32.一种实施例，设于不同第一电极上的磁致伸缩薄膜的厚度不同，更厚的磁致伸缩薄膜具有更大的形变力，压电体1中不同厚度压电区域的谐振频率不同，在其谐振频率变化时，由于压电体1厚度变化，更厚的压电体1在相同的磁致伸缩薄膜形变力下形变更小，会引起信号强度的损失，造成频率响应的不平坦。通过改变不同第一电极上的磁致伸缩薄膜的厚度，使厚度更厚的压电区域对应的磁致伸缩薄膜厚度也更厚，提高对应的电信号幅度，从而对信号强度损失进行补偿，保证了本发明的适用性。
33.一种实施例，压电区域可以设有三个，当然，不仅限于此，也可以包括更多数量的压电区域。
34.当压电区域为三个时，为便于描述，现将三个压电区域分别命名为区域一11、区域二12和区域三13，对应的，第一电极包括与区域一11对应设置的第一电极区域一21、与区域二12对应设置的第一电极区域二22和与区域三13对应设置的第一电极区域三23(根据压电体1的压电区域数量进行适应性调整)，磁致伸缩薄膜包括设置于第一电极区域一21上的磁致伸缩薄膜区域一51、设置于第一电极区域二22上的磁致伸缩薄膜区域二52、设置于第一电极区域三23上的磁致伸缩薄膜区域三53(数量根据压电体1的压电区域进行适应性调整)和设置于第二电极3上的磁致伸缩薄膜区域四4。
35.实施例二：
36.本发明实施例还提供了一种电流检测装置，包括实施例一所述的宽频带磁电复合磁敏感器件，此电流检测装置在对于电流检测工作时，由于压电体1具有多个不同厚度的压电区域，使得压电体1具有不同的谐振频率，从而提高了电流检测装置的检测带宽，保证了电流检测装置的适用范围。
37.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。