隧道磁阻加速度测量系统空间磁场分布设计技术及应用研究

发布时间：2023-05-13 22:33

　　加速度计是用于测量运动物体加速度的装置,在航天航空、地震监测、石油勘探等领域有着广泛应用。材料噪声和环境温度等因素制约着硅基微机电(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)加速度计精度的提高。探寻新材料、新器件、新工艺的途径来进一步研究高精度加速度测量技术具有重要的意义。微纳技术在不断发展,特别在磁敏器件领域,高灵敏隧道磁阻(Tunneling Magnetoresistance,TMR)传感技术的研制成功,为研制高精度加速度计提供了一条重要而有效的途径。基于TMR高灵敏特性,通过“力-磁-电”多物理场耦合来实现高精度加速度测量,包括:悬臂梁实现加速度到位移的变化,放置于悬臂梁上的磁场源将悬臂梁位置变化转换为磁场变化,再由TMR器件感知磁场,通过TMR处理电路输出电压,进而获得加速度信号。如何将加速度变化转换为TMR敏感所需的线性的磁场变化,是该系统中的核心问题。本文研究加速度测量系统对磁场分布的要求,设计用于TMR敏感的空间高灵敏线性磁场。首先采用永磁体材料设计磁场源,对圆柱和方形永磁体磁场进行理论分析与仿真,总结磁体空间线性磁场灵敏度、线性区宽度...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 TMR高灵敏特性发展现状
    1.3 TMR低频噪声消除技术研究现状
    1.4 主要研究内容和论文结构
第二章 空间磁场设计理论
    2.1 永磁体空间磁场理论
        2.1.1 圆柱永磁体空间磁场
        2.1.2 方形永磁体空间磁场
    2.2 线圈磁场基础理论
    2.3 TMR加速度测量系统的空间磁场分布
    2.4 本章小结
第三章 永磁体空间磁场设计与仿真
    3.1 圆柱永磁体空间磁场计算与仿真
        3.1.1 基于MATLAB的圆柱永磁体空间磁场计算
        3.1.2 COMSOL用于圆柱永磁体磁场计算的验证
    3.2 方形永磁体空间磁场计算与仿真
        3.2.1 基于MATLAB的方形永磁体空间磁场计算
        3.2.2 COMSOL用于方形永磁体磁场计算的验证
    3.3 基于永磁体的系统空间线性磁场设计
        3.3.1 磁炀Hx线性区与空间位置的关系
        3.3.2 磁场Hx线性区与磁体尺寸的关系
        3.3.3 磁场Hx线性区与磁体材料的关系
        3.3.4 系统空间线性磁场源的优化设计
    3.4 本章小结
第四章 励磁线圈空间交变磁场设计
    4.1 基于MAXWELL的线圈磁芯结构设计
    4.2 基于MAXWELL的线圈磁芯与导线尺寸优化设计
    4.3 系统空间交变磁场设计
    4.4 本章小结
第五章 测试结果与分析
    5.1 空间磁场分布测试
        5.1.1 圆柱永磁体空间静磁场测试
        5.1.2 工字型线圈制作与空间磁场测试平台的搭建
        5.1.3 工字型线圈空间交变场测试
    5.2 TMR加速度测量系统测试结果及分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 创新点
    6.3 未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术成果
附录
    附录1: 基于MATLAB的圆柱永磁体空间磁场计算代码
    附录2: 基于MATLAB的方形永磁体空间磁场计算代码
    附录3: 线圈磁场MAXWELL仿真值与实测值对比
    附录4: TMR加速度测量系统样机测试现场
致谢



本文编号：3816654