專利名稱：磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁電換能技術，尤其涉及 一種磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合 陣列磁電換能器。
背景技術：
從上世紀70年代起，研究工作者就對磁電轉換技術進行著不懈的研究；目前國內外的研 究主要集中在超磁致伸縮和不同的壓電材料的復合結構，以及不同的材料、不同層疊數、工 作模式、耦合模式、復合休積比、頻率等條件下的磁電轉換特性，希望通過材料自身特性提 高磁電轉化效率。由于現有材料自身特性的限制，復合材料結構的品質因素低，能量轉換過 程中的損耗較高，如果不改變磁-機-電能量轉化過程的能量收集和傳遞方式，很難通過材料 直接復合進一歩大幅度提高磁電效應，并制作出高靈敏、高效率的磁電換能器。此外，高品 質因素和寬頻帶的矛盾限制了磁電換能器的應用領域。
發明內容
本發明提出了一種磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，它由基板、 反射柵、正/負超磁致伸縮指條、正/負壓電叉指換能器組成；前述器件按"反射柵一正/負超磁 致伸縮指條一正/負壓電叉指換能器一反射柵"的順序橫向排列在基板上，各個器件之間絕緣。
正/負超磁致伸縮指條的正超磁致伸縮指條和負超磁致伸縮指條數量相同，等間距交替排 列在基板上，且相互絕緣。
正超磁致伸縮指條和負超磁致伸縮指條間間距為人/2， X為波長。
正/負壓電叉指換能器的正壓電叉指換能器和負壓電叉指換能器叉指相對，各自的叉指互 相插入對方叉指間的空隙，且相互絕緣。
本發明的有益技術效果是利用陣列疊加原理，減少了能量傳遞、交換時的損耗，提高 了換能器的響應幅度，展寬頻帶。
圖1、本發明結構示意圖；
具體實施例方式
為了彌補現有超磁致伸縮材料磁導率較低，在低頻工作時收集磁場弱的缺點，將高磁導 率材料與超磁致伸縮材料結合構造成為一種新的高磁導率磁致伸縮單元。利用高磁導率材料
高效收集磁場信號，然后，利用彈性的磁導材料將更強磁場能量施加到超磁致伸縮材料l:，
從而使得超磁致伸縮材料能夠產生更大的磁致伸縮量和位移量。再將新的高磁導率磁致伸縮 單元加入到各種聚能、諧振結構中，能夠得到更強的磁電響應信號，進一步提高磁電耦合系數和磁場探測靈敏度。基于前述思路，發明人提出了本發明的磁致伸縮和壓電材料在彈性基 板上的復合陣列磁電換能器。
Terfenol-D材料(即超磁致伸縮材料)的聲速只有1700-2600m/s，對于頻率較高的電磁 環境(lOOKHz以上)，波長短，相應磁電換能器的體積較小，然而，隨著頻率增高，整塊 Terfenol-D材料很容易產生渦流，從而限制其在較高頻率的使用。為了提高磁致伸縮材料的 工作上限頻率，可采用多小塊Terfenol-D材料絕緣拼接，減小渦流損耗，提高磁電轉化效率。 當所處環境有較高電磁頻率時，由于單個磁致伸縮體積的顯著減小，可以利用陣列諧振等新 技術大幅度提高磁電轉化效率。將具有正負伸縮系數的超磁致仲縮材料(寬度力-向激發)分 別以x/2 a為波長)為間隔周期交替分布，組成正負交替的正/負超磁致伸縮指條3陣列，能 夠高效率轉化交變磁場為聲表面波，在接收端(正/負壓電叉指換能器4所在端)通過頻率相 同的壓電叉指換能器(Piezoelectric Inter-digital Transducer,縮寫為PIDT)轉化為電信號，在 接收端(正/負超磁致伸縮指條3所在端)和發射端的外側加入兩個反射柵2陣列，TT7負超磁 致伸縮指條3激發的聲表面波在兩個反射柵2內形成共振，來回振蕩直至完全衰減。由于多 個正/負超磁致伸縮指條3的共同疊加作用，使得傳輸的聲表面波絕大多數能量集中在傳輸基 板厚度方向一個波長以內，減少了損耗，大大提高響應幅度。
本發明的具體結構如下它由基板l、反射柵2、正/負超磁致伸縮指條3、正/負壓電叉 指換能器4組成；前述器件按"反射柵2—正/負超磁致伸縮指條3—正/負壓電叉指換能器4— 反射柵2"的順序橫向排列在基板1上，各個器件之間絕緣。
正/負超磁致伸縮指條3的正超磁致伸縮指條3-1和負超磁致伸縮指條3-2數量相同，等 間距交替排列在基板1上，且相互絕緣。
正超磁致伸縮指條3-1和負超磁致伸縮指條3-2間間距為X/2， X為波長。
正/負壓電叉指換能器4的正壓電叉指換能器4-1和負壓電叉指換能器4-2，叉指相對， 各自的叉指互相插入對方叉指間的空隙，且相互絕緣。
權利要求
1、一種磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，其特征在于它由基板(1)、反射柵(2)、正/負超磁致伸縮指條(3)、正/負壓電叉指換能器(4)組成；前述器件按“反射柵(2)-正/負超磁致伸縮指條(3)-正/負壓電叉指換能器(4)-反射柵(2)”的順序橫向排列在基板(1)上，各個器件之間絕緣。
2、 根據權利要求1所述的磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，其 特征在于正/負超磁致伸縮指條(3)的正超磁致伸縮指條(3-1)和負超磁致伸縮指條(3-2) 數量相同，等間距交替排列在基板(1)上，且相互絕緣。
3、 根據權利要求2所述的磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，其 特征在于正超磁致伸縮指條(3-1)和負超磁致伸縮指條(3-2)間間距為X/2， X為波長。
4、 根據權利要求1所述的磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，其 特征在T:正/負壓電叉指換能器(4)的正壓電叉指換能器(4-1)和負壓電叉指換能器(4-2)， 叉指相對，各自的義指互相插入對方叉指間的空隙，Pi相互絕緣。
全文摘要
本發明公開了一種磁致伸縮和壓電材料在彈性基板上的復合陣列磁電換能器，它由基板、反射柵、正/負超磁致伸縮指條、正/負壓電叉指換能器組成；前述器件按“反射柵陣列—正/負超磁致伸縮指條—正/負壓電叉指換能器—反射柵陣列”的順序橫向排列在基板上，各個器件之間絕緣。本發明的有益技術效果是利用陣列疊加原理，減少了能量傳遞、交換時的損耗，提高了換能器的響應幅度，展寬頻帶。
文檔編號H02N2/18GK101594075SQ20091010421
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者文玉梅, 平 李 申請人:重慶大學