基于阻抗法的共振型磁弹性传感器阻抗—频率响应应用模型研究

发布时间：2017-10-25 01:13

  本文关键词：基于阻抗法的共振型磁弹性传感器阻抗—频率响应应用模型研究

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【摘要】：磁弹性传感器是一种基于新型超磁致伸缩材料的谐振传感器,其信号的激发和传递都是通过磁场耦合进行的。它具有无线、无源、体积小、灵敏度高等特点,因而在无损检测、生物在体检测等领域具有非常广阔的应用前景。目前针对磁弹性传感器的检测理论研究日益增多,但这些研究大多集中于传感器的振动特性及具体应用特性的分析,较少考虑材料的磁化状态、尺寸等自身因素对传感器响应的影响,而实际应用中这些因素对传感器响应的影响较大。鉴于此,本文提出基于阻抗法的磁弹性传感器应用模型,旨在基于现有的理论基础上通过分析传感器自身因素对传感器响应的影响来更好的指导传感器的设计和实际应用。首先通过分析外磁场对磁弹性传感器的作用推导出传感器的应变和状态方程;然后根据传感器振动特性推导出传感器的阻抗响应;最后通过阻抗响应的等效电路分析传感器的响应特性参数;从而最终初步建立了一个包含偏置磁场、交流激励磁场等实际控制因素和传感器尺寸等本征特征在内的阻抗-频率响应应用模型。为了检验模型的正确性,从偏置磁场、交流激励磁场、尺寸、质量负载四个方面对传感器展开了实验研究,实验结果与模型基本吻合,并且从模型和实验结果可知,实际应用中可以通过设置偏置磁场来提高传感器的响应、能量转换率和质量敏感度;可以通过设置交流激励磁场来降低传感器的磁滞失真并提高响应,并且可以通过合理提高传感器的长度和宽度来提高传感器的响应,等等。这些充分说明了模型的实用性,可通过模型指导磁弹性传感器的设计和实际应用,并初步分析和解决应用中所遇到的问题。最后根据模型和实验研究结果对课题组现有的磁弹性系统软件进行了优化,在原有功能的基础上增加了最佳偏置磁场自动测定、传感器阻抗响应参数计算等功能,简化了磁弹性检测设置操作步骤,使磁弹性检测平台更加自动化、智能化,方便实验和进一步应用研究的开展。
【关键词】：磁弹性传感器 阻抗-频率响应应用模型 实验研究 软件优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 项目研究背景9-13
• 1.1.1 磁致伸缩效应及物理机制9-12
• 1.1.2 磁致伸缩材料及磁弹性传感器12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.3 课题研究意义、目的与主要内容17-19
• 1.3.1 课题研究意义17
• 1.3.2 课题研究目的17
• 1.3.3 本文主要内容17-19
• 2 基于阻抗法的磁弹性传感器应用模型19-37
• 2.1 磁弹性传感器的应变分析19-22
• 2.1.1 偏置磁场和交流激励磁场作用下的磁致伸缩应变19-20
• 2.1.2 磁弹性传感器应变与△E效应20-22
• 2.2 磁-机耦合系数与状态方程22-23
• 2.2.1 磁-机耦合系数22-23
• 2.2.2 状态方程23
• 2.3 磁弹性传感器共振特性分析23-27
• 2.3.1 振动方程23-26
• 2.3.2 边界条件26-27
• 2.4 螺线管线圈阻抗分析及等效电路27-31
• 2.4.1 螺线管线圈阻抗28-30
• 2.4.2 等效电路30-31
• 2.5 传感器阻抗响应特征参数31-34
• 2.5.1 共振频率和反共振频率32-33
• 2.5.2 共振峰值33
• 2.5.3 质量因数33-34
• 2.6 磁弹性质量传感器34-35
• 2.7 本章小结35-37
• 3 模型的实验研究37-53
• 3.1 实验平台与传感器芯片37-41
• 3.1.1 实验平台37-40
• 3.1.2 磁弹性传感器芯片40-41
• 3.2 偏置磁场对传感器阻抗响应的影响41-43
• 3.2.1 实验方法41-42
• 3.2.2 结果与讨论42-43
• 3.3 交流激励对传感器阻抗响应的影响43-45
• 3.3.1 实验方法44
• 3.3.2 结果与讨论44-45
• 3.4 长度对传感器阻抗响应的影响45-47
• 3.4.1 实验方法45-46
• 3.4.2 结果与讨论46-47
• 3.5 宽度对传感器阻抗响应的影响47-49
• 3.5.1 实验方法47-48
• 3.5.2 结果与讨论48-49
• 3.6 质量负载实验49-51
• 3.6.1 实验准备49
• 3.6.2 实验方法49-50
• 3.6.3 结果与讨论50-51
• 3.7 本章小结51-53
• 4 基于应用模型的软件优化53-67
• 4.1 优化设计53-56
• 4.1.1 现有平台问题分析53-54
• 4.1.2 优化设计54-56
• 4.2 优化实现56-64
• 4.2.1 软件开发技术56
• 4.2.2 数据库设计56-61
• 4.2.3 最佳偏置磁场自动识别61-63
• 4.2.4 参数计算63-64
• 4.3 功能展示64-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 总结与展望67-69
• 5.1 本文总结67-68
• 5.2 对进一步工作的展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 附录75
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文75
• B 作者在攻读硕士学位期间参加的项目75

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本文编号：1091384