磁致伸缩/音叉谐振器复合的谐振式磁传感器原理及结构研究
发布时间：2021-08-28 21:00
传感器技术作为信息产业三大技术之一,是兵器装备产业信息化中的重要一环,在国防工业中得到广泛的应用。磁传感器技术是传感器技术的一种,也是其重要分支之一。本文将磁致伸缩材料与音叉谐振器复合,设计磁致伸缩/音叉谐振器复合的谐振式磁传感器,利用磁致伸缩力作用到音叉谐振器,引起音叉谐振器频率偏移,该原理设计的谐振式磁传感器可具有高Q值、低功耗、数字频率输出等特点。通过理论分析、COMSOL有限元软件仿真、实验验证等手段,对磁致伸缩/音叉谐振器复合谐振式传感器原理进行了分析、结构设计及优化。本论文的主要研究工作如下:1)介绍了磁致伸缩效应产生的机理、磁致伸缩材料的性能及有限元仿真方法;2)采用梁振动微分方程分析了音叉谐振器在轴向力作用下的固有频率变化特性,进行了数值计算。采用COMSOL有限元分析软件对三梁音叉谐振器的模态进行了分析,并对优选模态下固有频率随外力变化的固有频率进行了仿真和对比。3)采用COMSOL有限元分析软件对设计的磁致伸缩/音叉谐振器复合磁传感器结构的磁致伸缩力传递特性和磁致伸缩力-频率转换特性进行了分析,结果表明:对于单层结构,由于结构非对称性产生弯矩,磁致伸缩力引起结构弯曲...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＳＩＳ结结构示意图Ｍ??２７
Ｓ．Ｘ．Ｄｏｎｇ等人又针对小直流磁场的测量设计了一种绕有多匝线圈的磁电复合传感??器。利用多匝交流线圈提供激励，磁致伸缩／压电复合结构作为敏感元件，因为磁电系数??强依赖于偏置磁场，所以通过输出电压就可以完成对直流磁场的测量，其示意图如图１．２??所示。实验结果显示：ｌ〇ｅ交流磁场激励下，可以完成对小于１０ｅ直流磁场的测量。??ＣｏＵ?…各一??丨丨丨嗎出＾—°??ＰＺＴ?ＶＴ?ｌｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ??ｌａｙｅｒ?２?ｌａｙｅｒ??图１．３用于测小直流磁场的磁电复合传感器模型??此外，其团队针对两层或三层的磁电复合结构磁电效应产生的电压会随着频率的降??低急剧的减小的现象，设计了一种多层复合结构（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ＭＬＣｓ），用以??检测低频磁场。ＭＬＣｓ结构包含了?５层ＰＭＮ－ＰＴ压电层，每层压电层被包含在两层??Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ层中间，形成三明治结构。其结果显示ＭＬＣ传感器测量磁场的极限频率可??以达到大约５ｘｌ〇＿３Ｈ屮２］。该传感器设计可用于对低频磁场测量灵敏度要求较高的领域，??如磁异常测量。２０１２年，Ｓｔｅｐｈａｎ?Ｍａｒａｕｓｋａ等人设计了一种使用ＭＥＭＳ技术加工的磁??电复合传感器［３３］。该传感器使用ＭＥＭＳ技术制作了堆积磁电复合材料的悬臂梁结构。??实验发现
致伸缩效应产生是由于材料的磁化状态改变。该过程线性。所以实际工程应用中通常需要加偏置磁场，使磁致伸缩材料磁畴转动会发生摩擦，从来会导致磁滞异性导致磁畴转动会存在滞后时间。??Ａ?Ｅ效应是指铁磁材料的弹性模量Ｅ随外磁场变化，除了材料本身正常的应变外，磁畴转动和自发磁化中铁磁材料的杨氏模量发生变化。??由于磁致伸缩材料在正负磁场的作用下都会产生变形，交变磁场频率的两倍，这种特性称为“倍频”特性。??。由于磁弹性能的作用，给材料施加一定的预应力，
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空及水下探潜磁异常异同分析[J]. 孙华庆,王丹,孙宇. 指挥控制与仿真. 2017(06)
[2]基于隧道磁阻效应的反正切转速测量方法[J]. 蒋孝勇,李孟委,张晓峰,张加书,包旭馨. 传感技术学报. 2017(05)
[3]RTD型磁通门传感器检测系统设计[J]. 王言章,李京杰,刘维,赵辰阳,陈思宇. 传感器与微系统. 2015(09)
[4]基于磁通门传感器的弱磁场检测方法[J]. 杨理践,涂传宾,高松巍. 仪表技术与传感器. 2014(09)
[5]基于大电流检测的霍尔传感器应用[J]. 郭军,刘和平,刘平. 传感器与微系统. 2011(05)
[6]霍尔传感器测速系统的设计[J]. 陈育中. 科学技术与工程. 2010(30)
[7]基于巨磁阻抗效应的新型磁引信探测器研究[J]. 吴彩鹏,邓甲昊. 制导与引信. 2010(01)
[8]超导磁传感器在海战武器中的应用[J]. 张磊,卢文忠,冀海燕,张永. 探测与控制学报. 2009(S1)
[9]闭环反馈式数字磁通门传感器[J]. 冯文光,刘诗斌. 传感器与微系统. 2009(09)
[10]巨磁阻抗磁传感器的研究进展[J]. 蒋颜玮,房建成,盛蔚,黄学功. 仪表技术与传感器. 2008(05)
博士论文
[1]CMOS单片集成3D霍尔磁传感器研究与设计[D]. 黄海云.大连理工大学 2016
[2]基于巨磁阻抗效应的弱磁传感器技术研究[D]. 张雷.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究[D]. 徐晓玉.重庆大学 2016
[2]井中磁通门三分量仪的研制及校准算法研究[D]. 汪阳东.重庆大学 2014
[3]采用石英音叉的磁传感器研究[D]. 张小花.重庆大学 2010
[4]基于磁阻和加速度传感器的三轴电子罗盘研制[D]. 王勇军.桂林电子科技大学 2010
[5]超磁致伸缩材料与SAW谐振器复合磁传感器研究[D]. 肖庭富.重庆大学 2008
[6]超导量子干涉仪应用研究[D]. 陈林.华中科技大学 2006
本文编号：3369237
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＳＩＳ结结构示意图Ｍ??２７
Ｓ．Ｘ．Ｄｏｎｇ等人又针对小直流磁场的测量设计了一种绕有多匝线圈的磁电复合传感??器。利用多匝交流线圈提供激励，磁致伸缩／压电复合结构作为敏感元件，因为磁电系数??强依赖于偏置磁场，所以通过输出电压就可以完成对直流磁场的测量，其示意图如图１．２??所示。实验结果显示：ｌ〇ｅ交流磁场激励下，可以完成对小于１０ｅ直流磁场的测量。??ＣｏＵ?…各一??丨丨丨嗎出＾—°??ＰＺＴ?ＶＴ?ｌｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ??ｌａｙｅｒ?２?ｌａｙｅｒ??图１．３用于测小直流磁场的磁电复合传感器模型??此外，其团队针对两层或三层的磁电复合结构磁电效应产生的电压会随着频率的降??低急剧的减小的现象，设计了一种多层复合结构（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ＭＬＣｓ），用以??检测低频磁场。ＭＬＣｓ结构包含了?５层ＰＭＮ－ＰＴ压电层，每层压电层被包含在两层??Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ层中间，形成三明治结构。其结果显示ＭＬＣ传感器测量磁场的极限频率可??以达到大约５ｘｌ〇＿３Ｈ屮２］。该传感器设计可用于对低频磁场测量灵敏度要求较高的领域，??如磁异常测量。２０１２年，Ｓｔｅｐｈａｎ?Ｍａｒａｕｓｋａ等人设计了一种使用ＭＥＭＳ技术加工的磁??电复合传感器［３３］。该传感器使用ＭＥＭＳ技术制作了堆积磁电复合材料的悬臂梁结构。??实验发现
致伸缩效应产生是由于材料的磁化状态改变。该过程线性。所以实际工程应用中通常需要加偏置磁场，使磁致伸缩材料磁畴转动会发生摩擦，从来会导致磁滞异性导致磁畴转动会存在滞后时间。??Ａ?Ｅ效应是指铁磁材料的弹性模量Ｅ随外磁场变化，除了材料本身正常的应变外，磁畴转动和自发磁化中铁磁材料的杨氏模量发生变化。??由于磁致伸缩材料在正负磁场的作用下都会产生变形，交变磁场频率的两倍，这种特性称为“倍频”特性。??。由于磁弹性能的作用，给材料施加一定的预应力，
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空及水下探潜磁异常异同分析[J]. 孙华庆,王丹,孙宇. 指挥控制与仿真. 2017(06)
[2]基于隧道磁阻效应的反正切转速测量方法[J]. 蒋孝勇,李孟委,张晓峰,张加书,包旭馨. 传感技术学报. 2017(05)
[3]RTD型磁通门传感器检测系统设计[J]. 王言章,李京杰,刘维,赵辰阳,陈思宇. 传感器与微系统. 2015(09)
[4]基于磁通门传感器的弱磁场检测方法[J]. 杨理践,涂传宾,高松巍. 仪表技术与传感器. 2014(09)
[5]基于大电流检测的霍尔传感器应用[J]. 郭军,刘和平,刘平. 传感器与微系统. 2011(05)
[6]霍尔传感器测速系统的设计[J]. 陈育中. 科学技术与工程. 2010(30)
[7]基于巨磁阻抗效应的新型磁引信探测器研究[J]. 吴彩鹏,邓甲昊. 制导与引信. 2010(01)
[8]超导磁传感器在海战武器中的应用[J]. 张磊,卢文忠,冀海燕,张永. 探测与控制学报. 2009(S1)
[9]闭环反馈式数字磁通门传感器[J]. 冯文光,刘诗斌. 传感器与微系统. 2009(09)
[10]巨磁阻抗磁传感器的研究进展[J]. 蒋颜玮,房建成,盛蔚,黄学功. 仪表技术与传感器. 2008(05)
博士论文
[1]CMOS单片集成3D霍尔磁传感器研究与设计[D]. 黄海云.大连理工大学 2016
[2]基于巨磁阻抗效应的弱磁传感器技术研究[D]. 张雷.国防科学技术大学 2013
硕士论文
[1]自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究[D]. 徐晓玉.重庆大学 2016
[2]井中磁通门三分量仪的研制及校准算法研究[D]. 汪阳东.重庆大学 2014
[3]采用石英音叉的磁传感器研究[D]. 张小花.重庆大学 2010
[4]基于磁阻和加速度传感器的三轴电子罗盘研制[D]. 王勇军.桂林电子科技大学 2010
[5]超磁致伸缩材料与SAW谐振器复合磁传感器研究[D]. 肖庭富.重庆大学 2008
[6]超导量子干涉仪应用研究[D]. 陈林.华中科技大学 2006
本文编号：3369237
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