自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究

发布时间：2017-08-29 09:33

  本文关键词：自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究

  更多相关文章： 自偏置 磁电效应 磁电复合材料 磁传感器

【摘要】：传感技术作为现代信息科学的三大支柱之一,是信息系统赖以生存和发展的技术基础。磁传感技术是现代信息获取过程中的一种重要途径,广泛应用于工业、军事、生命科学、空间探索、智能电网等多个领域。目前磁传感器朝着高灵敏度、高分辨率、微型化、低成本的方向发展,传统磁传感器已不能满足和适应复杂多变的工作环境和测量要求,研究新型磁传感技术具有重要的学术意义和广阔的应用前景。磁电材料可实现无源测量、具有响应频带宽、灵敏度高、线性度好等特点,在磁传感器领域展现出良好的发展潜力。其中磁电叠层复合材料室温下具备优异的磁电性能,且制备工艺简单,是探测微弱磁场的理想器件。目前采用磁电复合材料的磁传感技术尚处于研究阶段,本论文在国家自然科学基金项目(No.51475061)的资助下,以磁电复合材料为研究对象,从理论和实验两个方面研究了复合材料零偏置磁场下的磁电效应及其磁传感应用。论文的具体研究工作如下:(1)分析不同材料,不同工作模式,不同层合方式对磁电叠层复合材料磁电性能的影响,研究磁电层合材料低频和谐振时的磁电输出特性,明确影响磁电层合材料磁传感灵敏度的因素,为设计高性能的自偏置磁电层合材料提供理论依据。(2)针对传统磁致伸缩材料性能易受外加偏置磁场限制,提出采用磁性能差异大的软磁合金和超磁致伸缩材料构造一种新型自偏置复合磁致伸缩材料。两种磁性材料复合后增强了磁致伸缩材料内部的有效磁场,提高了无偏置磁场下材料的性能。揭示了自偏置现象的物理机理,利用理论推导和仿真软件对复合磁致伸缩材料的内部磁场进行了研究。(3)将自偏置复合磁致伸缩材料与压电材料层合,设计了一种五相对称自偏置磁电层合材料,实验研究了自偏置磁电层合材料在无外加偏置磁场作用下低频和谐振态的磁电转换性能,发现相比于传统的磁电复合材料,自偏置磁电材料在零偏置下拥有更优异的磁电转换能力,并研究了软磁合金厚度、激励频率等影响复合材料磁电性能的因素。(4)利用提出的自偏置磁电层合材料设计一种自偏置磁场传感器,用于探测微弱交变磁场,搭建磁传感器测试系统对自偏置磁场传感器的传感性能进行了测试分析。并将该传感器应用于输/供电传输线,能够实现对输/供电线路的有效监测。
【关键词】：自偏置 磁电效应 磁电复合材料 磁传感器
【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;TB33
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 磁电材料研究进展10-18
• 1.2.1 单相磁电材料11-12
• 1.2.2 磁电复合材料12-13
• 1.2.3 磁电叠层复合材料13-16
• 1.2.4 自偏置磁电材料16-18
• 1.3 磁传感器研究现状18-20
• 1.3.1 磁传感方式比较18-19
• 1.3.2 基于磁电复合材料的磁传感器19-20
• 1.4 本文研究内容20-21
• 2 磁电效应理论基础21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 磁致伸缩材料21-28
• 2.3 压电材料28-30
• 2.4 磁致伸缩/压电材料层合方式和工作模式30-31
• 2.5 磁电层合材料的低频及谐振磁电响应31-32
• 2.6 影响磁电层合材料磁电响应的因素32-33
• 2.7 小结33-35
• 3 自偏置磁电效应机理及仿真35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 自偏置磁电效应的物理机理35-42
• 3.2.1 自偏置复合磁致伸缩材料设计35-36
• 3.2.2 Fe Co V对Terfenol-D内部有效磁场的影响36-41
• 3.2.3 复合磁致伸缩材料的磁机特性41-42
• 3.3 自偏置磁电复合材料仿真分析42
• 3.4 小结42-45
• 4 自偏置磁电复合材料的磁电性能45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 复合材料制备与测试系统45-48
• 4.2.1 复合材料结构设计及制备45-46
• 4.2.2 磁电性能测试系统46-48
• 4.2.3 实验设备及其相关参数48
• 4.3 两种磁电复合材料性能对比分析48-50
• 4.4 自偏置磁电复合材料的磁电性能测试50-54
• 4.4.1 偏置磁场对谐振磁电响应的影响50-51
• 4.4.2 交变磁场频率对磁电性能的影响51
• 4.4.3 偏置磁场对谐振频率的影响51-52
• 4.4.4 低频交变磁场下的磁电响应性能52-53
• 4.4.5 零偏置下自偏置磁电复合材料的磁场探测性能53-54
• 4.5 小结54-55
• 5 基于自偏置磁电复合材料的磁传感器55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 自偏置磁传感器工作原理55-56
• 5.2.1 传感原理55
• 5.2.2 交流磁场探测灵敏度分析55-56
• 5.3 磁传感器测试仪器系统56-57
• 5.3.1 系统构成56-57
• 5.3.2 系统硬件设备57
• 5.3.3 系统软件平台57
• 5.4 磁传感性能测试结果及分析57-62
• 5.4.1 传感器灵敏度及线性度的测量58-59
• 5.4.2 传感器分辨率的测量59-60
• 5.4.3 传感器迟滞性的测量60-61
• 5.4.4 传感器重复性的测量61-62
• 5.4.5 磁场方向对磁传感器性能的影响62
• 5.5 自偏置磁传感器在电流监测中的应用62-65
• 5.5.1 测试系统63-64
• 5.5.2 实验结果讨论64-65
• 5.6 传感器性能分析65-66
• 5.7 小结66-67
• 6 总结与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-77
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和专利77
• 发表论文77
• 申请专利77

【相似文献】

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;高性能磁电式编码器问世[N];今日信息报;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 徐晓玉;自偏置磁电复合材料及磁传感特性研究[D];重庆大学;2016年

2 肖明伟;磁电式振动速度传感器低频特性补偿的研究[D];重庆大学;2011年

3 夏庆国;磁电层状结构振动与有限元分析[D];宁波大学;2012年

4 夏龙;层状磁电器件的振动研究与有限元分析[D];宁波大学;2013年

，

本文编号：752575