软磁合金带间的磁偶极相互作用

发布时间：2020-07-24 05:53

【摘要】：磁偶极相互作用会调制软磁材料的磁性能,进而影响其作为传感器敏感元件时的实际应用,因而研究磁偶极相互作用的机理和影响要素对敏感元件结构设计和传感器实际应用有重要意义。本文采用适当热处理工艺优化了声磁标签振动带的磁性能,研究了多片叠带的声磁特性和偏磁场匹配随条带片数变化的规律。通过测量叠带(OverR)N和异质结构(OverR)N/Bias R声磁标签(其中OverR、Bias R分别为振片和偏磁片)的磁滞回线揭示了条带间的磁偶极相互作用,并采用磁偶极磁化模型分析了磁偶极相互作用对条带反磁化过程的影响,以及与叠带磁各向异性场的关系,解释了多片条带的声磁特性和偏磁场匹配要求,探讨了多片条带结构参数对磁偶极相互作用、磁性能的影响。此外,通过设计(OverR)N和(OverR/I)N/Probe R两种均质复合结构(其中OverR、Probe R为叠带和探头条带,I为分隔绝缘层),分别利用横向驱动和纵向驱动巨磁阻抗效应研究了FINEMET条带间的偶极相互作用。结果表明,探头条带Probe R的横向驱动巨磁阻抗效应和叠带OverR的纵向驱动巨磁阻抗效应都与条带间的磁偶极相互作用高度相关。论文主要研究内容和结果如下:1.磁偶极相互作用对声磁标签性能的影响(1)在复合结构声磁标签(OverR)N中,多片振片OverR之间的磁偶极作用场叠加在OverR的各向异性场上,使得声磁标签的各向异性场随振片片数线性增大,导致磁机械共振峰对应的偏置场向高磁场方向移动。(2)振片OverR间距在0~1.0 mm范围内变化时,磁偶极相互作用基本不受距离影响,在此范围外,磁偶极相互作用开始减小。(3)复合结构声磁标签(OverR)N叠加偏磁片Bias R后,有效地揭示了振片OverR间的磁偶极场递增、振片OverR对偏磁片Bias R的磁偶极场递增都会使各自的磁化反转点向高磁场移动。(4)用磁偶极磁化模型分析验证了磁偶极场线性叠加在各向异性场上的关系,计算长38.5 mm、宽6 mm、厚0.03 mm的振动片间的磁偶极场约为1.60Oe,磁偶极相互作用几何因子为2.00×10-4。2.磁偶极相互作用对FINEMET条带横向驱动巨磁阻抗效应的影响(1)在复合结构FINEMET条带(OverR/I)N/Probe R中,横向驱动巨磁阻抗效应探头条带Probe R有效地测到了由FINEMET叠带(OverR/I)N的磁偶极场引起的平台展宽。在10 MHz以内,横向驱动巨磁阻抗曲线的峰位磁场移动和平台展宽一致。磁偶极磁化模型分析表明,这是因为磁偶极场线性地叠加在了峰位场和平台终点场上所致,计算长26 mm、宽0.6 mm、厚0.033 mm的叠带产生的磁偶极场约为0.30 Oe,磁偶极相互作用几何因子为2.42×10-5。磁偶极场使探头条带Probe R的有效磁导率降低,磁阻抗变化的特征频率升高,最大磁阻抗变化率增大。(2)叠带OverR与探头条带Probe R间距在0~0.7 mm范围变化,基本不影响叠带OverR对探头条带Probe R的磁偶极作用场;而相互作用随叠带OverR长度增加而减小,这是由相互作用系数增加所致。驱动电流在2~20 mA范围变化,不影响探头条带Probe R测量叠带OverR的磁偶极作用场;10 MHz以后,峰位场移动受涡流损耗、转动阻尼的影响,不再能反映磁偶极相互作用,而平台终点场移动不受影响。3.磁偶极相互作用对FINEMET条带纵向驱动巨磁阻抗效应的影响(1)在复合结构FINEMET条带(OverR)N中,叠带OverR间的磁偶极作用导致条带纵向驱动巨磁阻抗效应“钟形”曲线整体展宽。磁偶极磁化模型分析表明,磁偶极作用场线性地叠加在了成核场和平台终点场上,4 MHz时计算长30 mm、宽0.6 mm、厚0.033 mm的叠带间的磁偶极场约为0.49 Oe,磁偶极相互作用几何因子为3.95×10-5。磁偶极场作用使叠带OverR的有效磁导率降低,磁阻抗变化的特征频率升高,最大磁阻抗变化率增大。(2)叠带OverR间的相互作用系数随叠带长度缩短而增大,使叠带OverR产生的磁偶极场增大。驱动电流在0.3~3 mA范围变化,不影响叠带OverR间的磁偶极作用场;驱动频率在10 k Hz~10 MHz范围变化,成核场和平台终点场处有不同的涡流损耗,二者均随频率升高而增大,但前者大于后者,各自反映的磁偶极场略有减小。4.磁偶极相互作用对巨磁阻抗传感器性能的调制(1)试制了一种基于平面线圈的小型化巨磁阻抗传感器,采用多磁芯保证了传感器小型化后性能不变差,符合实用性要求。(2)多磁芯和磁芯间的磁偶极相互作用调制了传感器的灵敏度和偏置磁场,5片磁芯的传感器检测距离最高可达3.0 mm,在轮速检测领域具有较好的应用前景。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212
【图文】：

示意图,示意图,基本表,情况

磁偶极相互作用示意图

示意图,同轴,磁矩

磁矩1m、2m同轴平行示意图

示意图,同轴,磁矩

磁矩1m、2m同轴反平行示意图

【参考文献】