磁电传感器的振动噪声抑制研究
摘要
在弱磁探测得到广泛应用的今天，基于磁电耦合效应的磁场传感器具有灵敏度高、
功耗低、成本小等优势，这使它与磁通门传感器、磁阻传感器等其它传统的高性能磁
传感器相比，综合优势明显。但在实际应用中，尤其是针对海洋磁探测中的动平台搭
载，由于压电材料的高振动敏感特性，磁电耦合型弱磁传感器与平台环境的兼容性不
佳，信号漂移严重，噪声高，推广应用的难度大。所以截至目前，在磁电耦合型弱磁
传感器的振动噪声抑制方面，磁电复合材料的本征耦合性能与传感器的探测能力并没
有同时得到保证。截至目前，研究发现，multi-push-pull模式的2-1型磁电耦合传感器
在自由边界条件和三明治复合结构下具有强的低频磁电耦合特性和最优的弱磁探测能
力。但是为了实现对环境噪声的抑制，传统的一体式差分结构未能有效利用2-1型磁电
复合结构，而分离式的差分磁电耦合传感器又容易受到制备工艺一致性差的限制，传
感元件对称性不强，导致环境噪声的共模抑制比达不到要求。
因此，为了抑制环境振动噪声对磁电传感器的影响，提出了一种新型差分结构设
计，能够在保证磁电耦合传感器强耦合、高灵敏的同时，兼具共模噪声的抑制能力，
提高其环境兼容性与平台适应性。在1kHz的背景磁场下，实现了32V/cm/Oe的高磁电
转换系数，将传统的2-1型磁电传感器的灵敏度提升了一倍。分离单相传感臂的输出信
号与一体式抑振传感器进行比较，计算它们的振动响应，从理论上解释其结构原理。
然后通过实验，可以证明提出的一体式抑振传感器结构不仅可以在放大磁场响应的前
提下，噪声抑制效果可以达到9dB，其本底噪声也得到了一定的抑制效果，在嘈杂的
室内环境中探测极限可达到1nT。
最后，还设计制备了针对此一体式抑振传感器的差分放大滤波电路，将滤除工频
干扰后的两路磁场信号进行差分放大后输出，这将便于后续的整体封装，实现传感器
与其电源电路一体化和小型化。
关键词：磁电效应；磁电弱磁传感器；振动响应；差分结构设计
磁电传感器的振动噪声抑制研究
ABSTRACT
Intodayswideapplicationofweakmagneticdetection,magneticfieldsensorbasedon
magnetoelectriccouplingeffecthastheadvantagesofhighsensitivity,lowpowerconsumption,
lowcost,whichmakesitcomparedwithothertraditionalhighperformancemagneticsensors
suchasfluxgatesensorandreluctancesensor,comprehensiveadvantagesareobvious.However,
inpracticalapplications,especiallyforthemovingplatforminMarinemagneticexploration,
duetothehighvibrationsensitivityofpiezoelectricmaterials,themagneto-electriccoupling
weakmagneticsensorisnotcompatiblewiththeplatformenvironment,thesignaldriftis
serious,thenoiseishigh,anditisdifficulttopopularizetheapplication.Sofar,intermsof
vibrationandnoisesuppressionofmagneto-electriccoupledwea