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磁电效应,是指材料电极化强度随磁场改变或者磁化强度随电场而变化的效应。基于磁电效应的磁电材料,可以实现磁与电之间的能量转化,在传感器、换能器、微波器件、信息存储等方面存在重要应用价值。将磁致伸缩材料和压电材料进行两相复合,得到的磁电材料具有极大的磁电效应,磁电型弱磁传感器便是利用这种磁电材料实现对外磁场的电响应,再通过前置电路进行放大输出的功能器件。本论文的研究工作是基于高压电性能的弛豫铁电单晶,研制低弱磁探测极限的弱磁传感器。论文中首先建立了磁电型磁传感器的等效电路模型、传感器磁电响应模型和本征电噪声模型,为提高磁电响应和抑制本征电噪声提供了可靠依据。为了获得更大的磁电响应,分别选用高压磁系数的Metglas和高压电常数的弛豫铁电单晶作为磁致伸缩材料和压电材料。论文中优化了Push-Pull复合结构极化条件,避免压电芯的极化破坏;优化了磁致伸缩材料尺寸,提高了磁电系数。为了进一步降低压电芯的介电损耗,设计了新型Multi-L-L结构磁电复合材料。另外还设计制备了性能最优的Multi-L-T结构磁电复合材料,获得较高磁电系数和较低的介电损耗,材料噪声等效磁场为1.9 p T/Hz1/2@1Hz。论文中设计制作了低噪声前置电荷放大电路,实测电路的增益响应和噪声性能与设计完全一致。将磁电复合材料灵敏元和前置电路进行一体化封装,完善传感器的充电、信号输出等外围接口,得到最终的磁电型弱磁传感器。对传感器的量程、灵敏度、线性度、带宽、噪声水平进行了标定,弱磁探测极限为2.8 p T/Hz1/2@1Hz,明显低于广泛应用的高性能磁通门。最后基于单轴磁电传感器,装配了三轴正交矢量磁传感器。所设计制备的磁电型弱磁传感器具有低噪声、低成本、低功耗、体积小、可矢量探测、室温工作等综合性能优势,有望替代磁通门、光泵等传统磁传感器。