一种铁基纳米结晶薄带GMI磁传感器设计

发布时间：2017-03-29 22:00

  本文关键词：一种铁基纳米结晶薄带GMI磁传感器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁场测量技术是研究磁现象的重要手段,已成为一门独立的学科。高灵敏度的弱磁场测量技术应用领域十分广泛,“上天”可测量宇宙磁场、为卫星与航天器定姿;“下海”可用于探测船只潜艇;“入地”可进行石油矿藏勘探;在日常生活生产中还可以应用在材料无损探伤等诸多领域。巨磁阻抗(GMI)效应的发现,为空间磁场探测又提供一种新的选项。采用非晶丝或纳米结晶材料可以制备不同形态的磁芯,通过这些磁芯制作具有GMI效应的磁传感器,在尺寸、功耗和灵敏度等方向均有进步,引起了国内外科学家的重视和关注。为了打破欧美等国在高灵敏度磁强计上的垄断地位、促进我国高灵敏度弱磁探测技术和微型化的发展,我们必须深入研究基于GMI效应的磁强计。本论文主要就GMI效应基于Fe基纳米结晶的巨磁阻抗效应传感器进行了相关实验研究。通过前期的论文调研,解释了GMI效应的发生的根本原因和进行磁场测量的原理,得出采用GMI效应进行高精度磁测是可行的,提出了磁场测量的设计方案并搭建出了整个磁强计的测量系统装置,并对GMI磁传感器的测量范围、灵敏度等性能指标进行测量和分析。通过对不同软磁材料的对比分析,本文最终选择Fe基纳米结晶薄带作为敏感元件的材料,非晶薄带一般比的纳米结晶各向异性要低约一两个数量级;非晶材料的最佳频率将比纳米晶大得多;它的饱和磁致伸缩系数很小且几乎没有磁后效效应。考虑到空间结构的紧奏型和稳定性,本文设计了通过纵向激励的方式来作用于敏感元件,以Fe基纳米结晶薄带为磁芯,建立了纵向激励的薄带磁芯磁化模型,通过仿真不同元件材料参数和激励信号参数,选择最佳激励信号和材料参数。硬件电路部分提出了从电路设计、元件选择、抗干扰和电磁兼容一套完整的设计方案。最后通过静态标定实验测试数据表明。激励信号频率为k H100z的条件下,开环灵敏度为V012.0n Tm/,阻抗变化率高达%29,线性度小于%2。实验结果表明,本课题设计的巨磁阻抗磁强计可以测量?6n T5000的磁场,且性能良好。
【关键词】：巨磁阻抗效应 磁传感器 弱磁测量 铁基纳米结晶薄带 高灵敏度
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 引言12-16
• 1.2 基于GMI磁传感器研究现状16-20
• 1.3 GMI磁传感器的应用20-22
• 1.4 本课题的研究意义与目标22-23
• 1.5 本论文的主要内容23-24
• 1.6 本章小结24-25
• 第二章 基于GMI效应的理论研究25-32
• 2.1 GMI效应的的产生机制25-27
• 2.2 GMI效应的测量方法27-28
• 2.3 GMI效应的实验研究28-31
• 2.3.1 GMI效应与驱动电流频率的关系28-29
• 2.3.2 GMI效应与不同驱动方式的关系29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章GMI材料的特性研究32-41
• 3.1 不同材料的软磁特性的分析研究32-33
• 3.2 不同材料制备和GMI效应研究33-38
• 3.2.1 Co基丝33-34
• 3.2.2 非晶带材34-37
• 3.2.3 Fe基纳米结晶薄带37-38
• 3.3 提高材料GMI效应的热处理方法38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章GMI传感器的总体设计41-56
• 4.1 GMI传感器的总体设计方案41-42
• 4.2 基于Fe基纳米结晶薄带GMI效应模型建立42-46
• 4.3 传感器敏感元件的设计46-54
• 4.3.1 材料磁化参数的设计46-49
• 4.3.2 传感器元件参数的设计49-54
• 4.4 材料表面粗糙度的设计54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 电子学部分设计56-64
• 5.1 信号发生电路56-57
• 5.2 峰值检波电路57-60
• 5.2.1 电路工作原理57-59
• 5.2.2 同步检波电路59-60
• 5.3 滤波及放大电路60
• 5.4 电源电路设计60
• 5.5 元器件的选择60-62
• 5.5.1 电阻61
• 5.5.2 电容61-62
• 5.5.3 硬件抗干扰措施62
• 5.6 电磁兼容设计62-63
• 5.7 本章小结63-64
• 第六章 实验调试及性能标定64-70
• 6.1 GMI磁强计技术特点与相关性能指标64-65
• 6.2 GMI磁强计的标定实验65-68
• 6.2.1 实验原理65-66
• 6.2.2 实验设备66
• 6.2.3 实验步骤66
• 6.2.4 实验数据处理和分析66-68
• 6.3 本章小结68-70
• 第七章 总结和展望70-72
• 7.1 总结70
• 7.2 未来工作展望70-72
• 参考文献:72-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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