贾雅娜,王 文

(1.中国科学院大学,北京 100049;2.声学微机电实验室,中国科学院声学研究所,北京 100190)

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

贾雅娜1,2,王 文2*

(1.中国科学院大学,北京 100049;2.声学微机电实验室,中国科学院声学研究所,北京 100190)

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性。这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流。在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变。结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响。计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5 μm、2 μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础。

声表面波;电流传感器;磁致伸缩效应;TbDyFe薄膜

具有高灵敏度、高分辨率、良好稳定性与可靠性的高性能电流在线检测技术在智能电网线路检测、电力冶金与轨道交通中供电安全预警与救援、工业自动化中电源继电保护等领域有着迫切需求[1]。相对于目前成熟的电流传感器如霍尔、光纤型电流传感器,声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)电流传感器具有快速响应、结构简单、抗干扰能力强、使用寿命长以及体积小等特点,特别是可以实现无线无源的电流检测手段,大大提高了系统安全性,在上述领域极具工程应用前景和重大的学术价值[2]。……