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#Volume 16 NO.2#
本 文 看 点
1
基于多电极连接的高性能磁电传感器用于微弱磁场检测
研究背景
磁场传感器在生物医学诊断、导航系统和地球物理勘探等领域起着至关重要的作用。虽然传统的霍尔传感器和通量计已有很大进步，但在探测亚皮特级(sub-picoTesla)的极微弱磁场时，仍面临灵敏度、体积和噪声性能的挑战。磁电(ME)传感器通过磁致伸缩材料与压电材料的机械耦合工作，具有体积小、功耗低等优点。本研究针对现有优化方案往往增加系统体积或工艺复杂度的问题，提出了一种新型的长度方向多电极串联配置，在不增加传感器体积的前提下，显著提升了电压输出和探测极限。
摘要亮点
本研究介绍了一种具有新型多电极串联配置的高灵敏度磁电(ME)传感器，用于超微弱磁场探测。该设计在PZT-5H压电层上集成段状电极，通过串联实现电压的相长累加。实验结果显示，随着电极对数的增加，磁电电压系数(MEVC)显著提高，从单电极的15.72 V/Oe提升至41.67 V/Oe。在不增大体积的情况下，探测极限(LOD)从940 fT降低至234 fT，机械品质因数提高了1.8倍，等效磁噪声降至37.14fT/Hz1/2。这表明该设计在生物磁成像和低场磁传感领域具有巨大潜力。
High-performance magnetoelectric sensors based on multi-electrode series connection for weak magnetic field detection
Yulong Liu, Hongcheng Zhou, Tianhao Han, Biao Dong, Youqiang Wu, Jiawei Chen, Zhaowei Sun, Yutian Wang, Zhongming Yan and Yu Wang
Figure. Schematic diagram of (a) multi-electrode series magnetoelectric sensor (b) MEVC with different sensors (c) Schematic diagram and photograph of the magnetoelectric sensors with different number of electrodes.
This study introduces a high-sensitivity magnetoelectric (ME) sensor featuring a novel multi-electrode, series-connected configuration for ultra-weak magnetic field detection.
The sensor design integrates segmented electrodes on a PZT-5H piezoelectric layer, connected in series to achieve allowing constructive voltage accumulation through serial connection.
A comprehensive theoretical framework is developed to derive the ME voltage coefficient (MEVC) and analyze the sensor's electromechanical behavior.
Theoretical predictions are verified through finite element simulations and experimental measurements.
Results show that the MEVC increases significantly with the number of electrode pairs, reaching up to 41.67 V/Oe, compared to 15.72 V/Oe for a single-electrode configuration.
The sensor's limit of detection (LOD) has been reduced from 940 fT to 234 fT without enlarging the sensor volume.
These results demonstrate that the proposed sensor design not only improves sensitivity and noise performance but also retains compactness and low power operation, making it a promising candidate for applications in biomagnetic imaging and low-field magnetic sensing.
引用此文
Yulong Liu, Hongcheng Zhou, Tianhao Han, Biao Dong, Youqiang Wu, Jiawei Chen, Zhaowei Sun, Yutian Wang, Zhongming Yan and Yu Wang, High-performance magnetoelectric sensors based on multi-electrode series connection for weak magnetic field detection, J. Adv. Dielectr. 16, 2540015 (2026).
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https://doi.org/10.1142/S2010135X25400156
「Copyright © 2026 JAD编辑部」
内容提供 / 杨陆 张乐乐
网络编辑 / 杨柳
责任编辑 / 李明
终 审 / 魏晓勇
END
Journal of Advanced Dielectrics
《先进电介质学报（英文）》
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期刊简介
JAD是由姚熹院士、叶作光院士担任主编的英文学术期刊，2011年创刊，由西安交通大学国际电介质研究中心（ICDR）和新加坡世界科技出版集团（WSPC）共同创办。它以电介质研究为特色，涵盖电介质基础研究、压电、铁电、薄/厚膜、多铁性材料、工程电介质等研究领域，旨在为国际上从事电介质学术研究的学者提供一个集中展示交流最新研究成果的平台，促进学术界对电介质理论及应用研究不断深入。目前JAD为双月刊，被ESCI、EI、Scopus、DOAJ、CA、CrossRef、Google Scholar、CSCD、CNKI、WanFang Data等多种检索数据库收录。
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