剩磁效应对SmFe 2 /PZT多铁异质结构动态磁机特性及磁场传感特性的影响
发布时间：2020-12-20 01:52
分析和测试了超磁致伸缩材料剩磁效应对动态磁机特性以及磁场传感特性的影响,提出了一种具有自偏置功能的SmFe2/PZT多铁异质结构。利用负超磁致伸缩材料SmFe2兼有明显铁磁性和磁致伸缩性双重特型,在材料磁滞和剩磁的作用下其压磁系数、杨氏模量及品质因数等反映动态磁机特性的参数都表现出滞回特性,并从微磁学180°畴璧能量的角度分析了各个参数滞回特性产生的根源。研究结果表明,仅依靠材料剩磁的作用下,SmFe2/PZT异质结构在反谐振频率点120 kHz和非反谐振频率点1 kHz的灵敏度分别为0.86 V·Oe-1和1.2 mV·Oe-1,且磁电电压输出与施加激励电流之间呈近似线性变化关系,具有较好的线性度。所提出的SmFe2/PZT多铁异质结构摆脱了传统磁电传感器对外加永磁体作为偏置磁场的束缚,减小了封装磁传感器件的体积,有利于实现器件的微型化,并具有制作简单、成本低以及灵敏度高等优点。
【文章来源】：河南农业大学学报. 2017年02期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SmFe2样片在各偏置磁场下的动态压磁系谱
性磁致伸缩材料在零静态偏置磁场时只有交变磁场激励，此时表征主要磁能损耗参数的粘滞性磁导率μ″最小，而用于描述静态磁场的弹性磁导率μ'几乎不发生改变［35］。根据式(1)知此时材料的磁损耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且机械品质因数Qm达到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁损耗系数，σ和μ分别表示材料在频率f下的电导率和磁导率，d为磁致伸缩薄片的厚度。弹性磁导率和粘滞磁导率分别表示为μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。图2SmFe2片在谐振态下的动态压磁系数随偏置磁场的变化曲线Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive图3SmFe2样片机械品质因数随偏置磁场的变化曲线Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于经磁化后的SmFe2磁致伸缩片的μ″变得更小，因此机械品质因数整体高于初始磁化时的机械品质因数，以0点处的静态偏置磁场的机械品质因数为例，具有剩磁的机械品质因数提高了约30%。因此，宏观涡流和微观涡流引起的损耗要远小于静滞后型损耗，而静滞后型损耗是机械品质因数强依赖于偏置磁场并产生滞回特性的主要原因。图4为SmFe2磁致伸缩片的杨氏模量随偏置磁场的变化曲线，其中的数据由SmFe2片的动态压磁系谱计算公式得到。正磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相同，负磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相反。给长度易磁化方向的SmFe2样片先由小到大施加正向磁场，在此阶段杨氏模量与偏置磁场呈近似线性关系变化。继续增大正磁场超过铁磁的矫顽场SmFe2片
。根据式(1)知此时材料的磁损耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且机械品质因数Qm达到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁损耗系数，σ和μ分别表示材料在频率f下的电导率和磁导率，d为磁致伸缩薄片的厚度。弹性磁导率和粘滞磁导率分别表示为μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。图2SmFe2片在谐振态下的动态压磁系数随偏置磁场的变化曲线Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive图3SmFe2样片机械品质因数随偏置磁场的变化曲线Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于经磁化后的SmFe2磁致伸缩片的μ″变得更小，因此机械品质因数整体高于初始磁化时的机械品质因数，以0点处的静态偏置磁场的机械品质因数为例，具有剩磁的机械品质因数提高了约30%。因此，宏观涡流和微观涡流引起的损耗要远小于静滞后型损耗，而静滞后型损耗是机械品质因数强依赖于偏置磁场并产生滞回特性的主要原因。图4为SmFe2磁致伸缩片的杨氏模量随偏置磁场的变化曲线，其中的数据由SmFe2片的动态压磁系谱计算公式得到。正磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相同，负磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相反。给长度易磁化方向的SmFe2样片先由小到大施加正向磁场，在此阶段杨氏模量与偏置磁场呈近似线性关系变化。继续增大正磁场超过铁磁的矫顽场SmFe2片开始被反向磁化，杨氏模量由正增长转为递减。在700Oe时基本达到反向完全磁化。再减小正磁场时杨氏模量线性减小至0。将SmFe2片反向施加负磁场时由于SmFe2片已?
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型多铁层合异质结及其在可调微波器件中的应用[J]. 刘明. 科学通报. 2014(36)
[2]考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析[J]. 杨帆,文玉梅,李平,郑敏,卞雷祥. 物理学报. 2007(06)
本文编号：2926977
【文章来源】：河南农业大学学报. 2017年02期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
SmFe2样片在各偏置磁场下的动态压磁系谱
性磁致伸缩材料在零静态偏置磁场时只有交变磁场激励，此时表征主要磁能损耗参数的粘滞性磁导率μ″最小，而用于描述静态磁场的弹性磁导率μ'几乎不发生改变［35］。根据式(1)知此时材料的磁损耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且机械品质因数Qm达到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁损耗系数，σ和μ分别表示材料在频率f下的电导率和磁导率，d为磁致伸缩薄片的厚度。弹性磁导率和粘滞磁导率分别表示为μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。图2SmFe2片在谐振态下的动态压磁系数随偏置磁场的变化曲线Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive图3SmFe2样片机械品质因数随偏置磁场的变化曲线Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于经磁化后的SmFe2磁致伸缩片的μ″变得更小，因此机械品质因数整体高于初始磁化时的机械品质因数，以0点处的静态偏置磁场的机械品质因数为例，具有剩磁的机械品质因数提高了约30%。因此，宏观涡流和微观涡流引起的损耗要远小于静滞后型损耗，而静滞后型损耗是机械品质因数强依赖于偏置磁场并产生滞回特性的主要原因。图4为SmFe2磁致伸缩片的杨氏模量随偏置磁场的变化曲线，其中的数据由SmFe2片的动态压磁系谱计算公式得到。正磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相同，负磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相反。给长度易磁化方向的SmFe2样片先由小到大施加正向磁场，在此阶段杨氏模量与偏置磁场呈近似线性关系变化。继续增大正磁场超过铁磁的矫顽场SmFe2片
。根据式(1)知此时材料的磁损耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且机械品质因数Qm达到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁损耗系数，σ和μ分别表示材料在频率f下的电导率和磁导率，d为磁致伸缩薄片的厚度。弹性磁导率和粘滞磁导率分别表示为μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。图2SmFe2片在谐振态下的动态压磁系数随偏置磁场的变化曲线Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive图3SmFe2样片机械品质因数随偏置磁场的变化曲线Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于经磁化后的SmFe2磁致伸缩片的μ″变得更小，因此机械品质因数整体高于初始磁化时的机械品质因数，以0点处的静态偏置磁场的机械品质因数为例，具有剩磁的机械品质因数提高了约30%。因此，宏观涡流和微观涡流引起的损耗要远小于静滞后型损耗，而静滞后型损耗是机械品质因数强依赖于偏置磁场并产生滞回特性的主要原因。图4为SmFe2磁致伸缩片的杨氏模量随偏置磁场的变化曲线，其中的数据由SmFe2片的动态压磁系谱计算公式得到。正磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相同，负磁场表示施加磁场方向与SmFe2片的易磁化方向相反。给长度易磁化方向的SmFe2样片先由小到大施加正向磁场，在此阶段杨氏模量与偏置磁场呈近似线性关系变化。继续增大正磁场超过铁磁的矫顽场SmFe2片开始被反向磁化，杨氏模量由正增长转为递减。在700Oe时基本达到反向完全磁化。再减小正磁场时杨氏模量线性减小至0。将SmFe2片反向施加负磁场时由于SmFe2片已?
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型多铁层合异质结及其在可调微波器件中的应用[J]. 刘明. 科学通报. 2014(36)
[2]考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析[J]. 杨帆,文玉梅,李平,郑敏,卞雷祥. 物理学报. 2007(06)
本文编号：2926977
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/2926977.html
