高精度新型GMI磁强计设计

发布时间：2017-04-27 10:03

  本文关键词：高精度新型GMI磁强计设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于巨磁阻抗效应(Giant Magneto-impedance)的磁强计是近年来磁强计领域的研究热点之一。相比于其它类型的磁强计,GMI磁强计具有微型化、高灵敏度、快速响应、高温度稳定性和低功耗的优点。GMI磁强计作为高精度新型磁强计可以运用在航空航天、军事国防、地质勘探、工业测试、交通控制、生物医学等磁测量领域,应用前景十分广阔。本文首先从巨磁阻抗效应的定义出发,从理论上推导了非晶材料的阻抗值,讨论了影响非晶材料阻抗值的因素,对GMI效应从理论上给予解释。然后归纳总结了非晶材料的制备工艺,制备方式等对巨磁阻抗效应的影响。接着从实际设计的角度出发,讨论了敏感材料的具体物理形态、频率的选择、结构参数等与GMI效应的关系。在前面研究的基础上,进行GMI磁强计的硬件设计和实现,主要包括磁强计探头的设计和信号处理电路设计。探头部分采用纵向激励,材料选用铁基纳米晶带。电路部分包括信号发生电路,峰值检波电路,滤波电路,差分放大电路,反馈和偏置电路。对设计并焊接实现完毕的磁强计各功能模块进行了调试,给出了具体的实验步骤和实验观察结果。最后,对完成的GMI磁强计进行了整体调试和标定,给出了磁强计的各项指标值。实验结果表明:设计出的GMI磁强计灵敏度达到176.3m V/u T,同时具有高线性度、低重复性误差、低迟滞性误差、体积小的特点。
【关键词】：巨磁阻抗 磁强计 高灵敏度 纳米晶带 信号处理电路
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM936.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 缩略词10-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 引言11-13
• 1.1.1 研究目的12
• 1.1.2 研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 巨磁阻抗磁强计的应用14-17
• 1.4 论文的主要工作和章节安排17-18
• 第二章 巨磁阻抗效应理论研究18-28
• 2.1 GMI效应的发现18
• 2.2 GMI效应的定义18-19
• 2.3 GMI效应的理论分析19-22
• 2.3.1 GMI效应的产生机理19-20
• 2.3.2 非晶材料阻抗值的计算20-22
• 2.4 非晶材料的制备与处理方法22-27
• 2.4.1 非晶态合金22-24
• 2.4.2 非晶态合金的制备24-26
• 2.4.3 非晶态合金的热处理26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 GMI磁强计敏感元件特性研究28-37
• 3.1 驱动方式对GMI效应的影响28-30
• 3.1.1 环向驱动29
• 3.1.2 纵向驱动29-30
• 3.2 不同材料的GMI效应30-32
• 3.2.1 丝材的GMI效应30-31
• 3.2.2 带材的GMI效应31
• 3.2.3 薄膜，多层膜的GMI效应31-32
• 3.3 激励信号频率对GMI效应的影响32-34
• 3.4 敏感元件参数对GMI效应的影响34-36
• 3.4.1 GMI效应与磁致伸缩系数的关系34
• 3.4.2 非晶材料的长度对GMI效应的影响34-35
• 3.4.3 非晶材料的厚度对GMI效应的影响35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 GMI磁强计硬件结构设计37-68
• 4.1 GMI磁强计总体方案设计37-38
• 4.2 GMI磁强计敏感元件设计38-41
• 4.3 GMI磁强计信号调理电路设计41-62
• 4.3.1 信号激励电路设计41-47
• 4.3.2 峰值检波电路设计47-51
• 4.3.3 低通滤波电路设计51-54
• 4.3.4 差分放大电路设计54-58
• 4.3.5 反馈与偏置电路设计58-62
• 4.4 磁强计电路仿真与PCB板设计62-65
• 4.4.1 磁强计电路仿真62-64
• 4.4.2 磁强计P C B板设计64-65
• 4.5 磁强计硬件抗干扰措施65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 GMI磁强计实验调试与标定68-76
• 5.1 GMI磁强计标定系统68-69
• 5.2 标定实验数据及处理69-75
• 5.2.1 GMI磁强计正反行程实验数据69-71
• 5.2.2 GMI磁强计数据处理及性能分析71-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 全文总结与展望76-78
• 6.1 全文总结76
• 6.2 展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-83
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文83

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本文编号：330376