Modeling and Design of Resonant Magnetic Field Sensors in the Scheme of Differential Magnetostrictive Actuation With Compact Bias Magnetic Circuit

磁路 磁场 磁致伸缩 物理 差速器(机械装置) 材料科学 方案(数学) 静磁学 电子工程 声学 电气工程 工程类 数学分析 热力学 数学 量子力学
作者
Leixiang Bian,Weimin Peng,Zijun Huang,Yu Shi,Zhihong Zhuang,Chaopeng Luo
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:22 (10): 9361-9370 被引量:4
标识
DOI:10.1109/jsen.2022.3166952
摘要

A type of differential resonant magnetic field sensor is developed by employing the composite elements of FeGa plates, piezoelectric quartz crystal double-ended tuning forks (DETFs) and bias permanent magnets. The model and analysis show that the differential design brings the benefits of doubled sensitivity, increased linearity and low temperature drift. Importantly, a small and compact magnetic circuit containing a pair of permanent magnets and dual FeGa plates ensures the generation of differential actuation, which not only reduces the leakage flux but also improve the field-sensitivity and resolution. The magnetic circuit model based on the "lumped parameters" method is established. As an important aid, the distribution of magnetic flux density along the longitudinal direction of the FeGa alloy is simulated by finite element analysis software. In order to avoid the prediction error caused by parameter errors, simulations in different conditions are carried out for comparative analysis. This method ensures the magnetic circuit provides qualified magnetic field. The experimental results show that the differential resonant magnetic field sensor with frequency readout has the characteristics of high sensitivity of 4.4 Hz/Oe, high resolution of ${< }3.04\times 10^{-4}$ Oe, low temperature drift and excellent linear (non-linearity error of 1.3%FS) and low hysteresis (1.5%FS) over its measurement full scale (FS) of ±100Oe.

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