超磁致伸缩薄膜性能测试系统研究

针对超磁致伸缩薄膜制备过程中所关心的性能测试问题,提出了利用外加磁场引起薄膜变形,运用微位移传感器测试薄膜变形的新方法,以此为基础,建立了超磁致伸缩薄膜性能测试系统,并通过本系统测试比较了不同条件下制备的Tbo.27 Dy0.73 Fe2 薄膜的磁性能.结果表明,在制备磁致伸缩薄膜材料过程中施加一个平行于薄膜长度方向的磁场,可得到更好的磁致伸缩性能.     

四种超磁致伸缩材料特性测量方法的比较

超磁致伸缩材料在传感器应用中起到越来越重要的作用,材料的磁致伸缩性质对传感器的设计和性能起到十分关键的作用。根据超磁致伸缩材料的特性,对国内外测量磁致伸缩系数实验中常用的4种方法（电阻应变片法、差动电容法、微位移传递法以及光杠杆法）进行试验方法介绍和实验结果对比,得到了4种测量方法的优缺点。通过比较这4种方法的优缺点,可以在实验中根据实验条件选择不同的方法测量,比较数据可得到更准确的结果。     

膜态组合对掺杂型负磁伸纳米级耦合膜磁性能的影响

采用离子束溅射沉积法,通过溅射Sm-Fe-B合金靶、Ni-Fe靶及纯Fe靶,在锡青铜和盖玻片衬底上溅射沉积由B掺杂的Sm-Fe-B负磁致伸缩薄膜与Ni-Fe、纯Fe组合的纳米级耦合薄膜材料。通过采用LK-500激光微位移传感器测量薄膜自由端偏转量,用交变梯度磁强计测试薄膜的磁滞回线,研究不同比例的膜态组合及不同软磁材料耦合的膜态组合对薄膜的磁致伸缩性能及软磁特性的影响。实验结果表明:磁致伸缩层与软磁层的比例为3∶1时的磁致伸缩性能、软磁特性最佳;且在磁致伸缩层与软磁层耦合的比例为3∶1基础上,通过改变耦合软磁层材料种类,薄膜的磁致伸缩性能与软磁特性可以得到进一步改善。     

线性调频激光外差技术测量磁致伸缩系数

融合激光外差和线性调频技术,基于磁致伸缩系数测量原理,将磁致伸缩系数的测量转换成微小长度变化量的精确测量,并提出一种线性调频多光束激光外差复合检测磁致伸缩系数的新方法,即通过线性调频技术将待测微小长度变化量信息加载到多光束激光外差信号的频率差中,经外差信号解调后可以同时得到多个微小长度变化量值,对这些数值加权平均,可以精确获得微小长度变化量数值,最终进一步提高磁致伸缩系数测量精度。利用该方法,仿真研究了不同电流条件下,待测样品的磁致伸缩系数,结果表明:相对测量误差小于0.09%,与传统测量方法相比,测量精度提高了一个数量级以上。     

显微数字散斑相关测量新型薄膜的力学性能

利用显微数字散斑相关方法(DSCM)对新型高分子薄膜材料力学性能进行了研究。通过实时获取高精度的变形位移场,得到应变场与力学性能之间的关系,实现了新型高分子薄膜的力学性能分析。利用该方法对聚酰亚胺-二氧化硅合成薄膜进行面内位移测量,由薄膜的应力-应变曲线完成了薄膜材料的弹性模量测量;将离面位移的测量转化为面内位移的测量,对聚氨酯-钛酸钡复合高分子材料的电致伸缩应变进行了测量,从而获得电致伸缩系数,实现了材料的电致伸缩性能分析。采用亚像素搜索和曲面拟合相结合的方法进行数据处理,并对结果进行了分析。研究结果表明,数字散斑相关方法为研究新型薄膜材料动静态力学性能与物理性能提供了一种有效的、可行的方法。     

磁性薄膜磁致伸缩效应及传感器的应用

磁性薄膜的磁致伸缩效应是磁性材料中普遍存在的现象，是磁性薄膜应力各向异性的主要表现。文中对磁性薄膜的磁致伸缩效应进行了理论分析与计算，并就磁致伸缩位移传感器介绍了磁致伸缩效应的应用原理，给出了其具体应用的例子。     

伺服阀用液压放大式GMA的设计及建模

针对超磁致伸缩致动器输出位移有限,无法直接驱动伺服阀阀芯运动的问题,设计了一种基于柔性活塞的新型液压式微位移放大机构:由超磁致伸缩(GMM)棒驱动大活塞变形,并通过密闭容腔内的油液在小活塞端将GMM棒的输出位移放大。建立了超磁致伸缩致动器及其液压式微位移放大机构的耦合模型,采用弹性小挠度理论,有限元法和液压弹簧刚度理论对放大机构进行了分析和优化,并制作了样机。仿真和实验表明,所设计的液压式微位移放大机构可将GMM棒位移放大3.2倍,所建立的耦合模型较准确,误差在10%以内。     

多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法

提出了一种多光束激光外差测量磁致伸缩系数的方法。基于激光外差技术和多普勒效应,把待测参数信息加载到外差信号的频率差中,通过对外差信号作快速傅里叶变换(FFT)解调后可以同时得到多个待测参数值,对待测参数加权平均处理最终可以提高待测参数的测量精度。利用Matlab仿真模拟了不同电流条件下待测样品的磁致伸缩系数,结果表明相对误差仅为0.48%。     

C8051F020单片机在磁致伸缩位移传感器中的应用

介绍了一种基于C8051F020单片机的数据采集系统,叙述了磁致伸缩线性位移传感器的工作原理、C8051F020单片机性能等,通过C8051F020单片机组成的硬件电路对磁致位移传感器数据进行采集,将采集到的位移数据进行滤波、放大、转换并在液晶显示器上显示出来。     

基于单片机的磁致伸缩材料性能测量系统开发

磁致伸缩材料是构成压力、温度、湿度以及液体黏度和密度等多种传感器的关键材料,材料本身的测量技术对其应用拓展至关重要。介绍了基于单片机的磁致伸缩系数测量系统的开发状况,并设计了一款磁致伸缩材料共振频率的测量系统,该系统对于磁弹性传感器的开发与应用具有实用意义。     

薄膜应力测量方法研究

总结了薄膜应力的一些测量方法。将经常使用的方法归纳为激光宏观变形分析法和X射线分析法。介绍了利用测量基片弯曲曲率的激光宏观变形分析法(包括激光干涉法和激光束偏转法)和品格变形的X射线衍射法等测量薄膜应力的理论依据及其测量原理,计算了各种测量方法的测量精度,X射线分析法的精度最高,其次是激光干涉法,而激光束偏转法的精度最低,分析了激光分析法和X射线分析法的优缺点。     

压电薄膜特性参数的测量方法

随着电子元器件向微型、高灵敏、集成等方向发展,薄膜材料及器件在微机电(MEMS)系统中得到广泛应用,而测量压电薄膜特性参数的方法与体材料相比有很大的不同.介绍了当前测量压电薄膜特性参数的两大类方法:直接测量法(包括气腔压力法、悬臂梁法、激光干涉法和激光多普勒振动法)和间接测量法(传统阻抗分析法),详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况及存在的问题,比较了这些方法的优缺点,并对未来压电薄膜特性参数的测试表征作了展望.     

步进电机脉冲当量及回程差的微位移测量系统

摘要:为了精确测量步进电机的脉冲当量和回程差,提出了一种基于薄膜干涉原理的激光微位移测量系统。该系统以He-Ne激光器为光源,配以牛顿环仪系统、面阵电荷耦合器（CCD）视频信号采集系统、计算机及数据处理软件等。采用条纹记数法实现微位移测量,具有四百分之一波长的位移分辨率。与传统测量方法相比,其精度、灵敏度及稳定性都有较大提高,特别适合范围在微米及微米以下的位移测量。在对TSA50-C型商用步进电机的测量中,结果验证了这种测量系统在普通实验室环境噪声中可以达到纳米级的位移测量精度。实验数据处理结果表明,对于5微米以下的脉冲当量及回程差的测量,该测量系统的相对误差分别为2.63%和0.44%。     

激光辐照TiO2/SiO2薄膜损伤时间简捷测量

为了测量激光辐照薄膜的起始时间,采用了一种简洁易行的测量方法,利用波长1.06μm和1.315μm连续激光以及1.06μm单脉冲激光辐照典型薄膜光学元件,通过探测器接收激光脉冲信号和薄膜表面的激光反射信号,薄膜表面反射信号在激光辐照过程中的某个时刻发生突变,发生突变的时间对应着薄膜发生损伤的时间。得到1.06μm连续激光强度为7133W/cm2时,反射信号在0.8 s发生突变,强度为11776W/cm2时,反射信号在0.4 s发生变化;1.06μm单脉冲激光能量为48.725mJ,97.45m J,194.9m J时,薄膜损伤时间为3.63ns,2.727ns和1.09ns;1.315μm连续激光强度为2743W/cm2时,反射光信号在辐照时间t=3.44 s发生突变;强度为4128W/cm2时,薄膜表面反射光信号在辐照时间t=1.44s发生突变。结果表明,通过测量薄膜表面反射信号的突变来确定薄膜损伤的起始时间,对于薄膜抗激光加固,以及提高光电系统的抗激光能力有着重要的意义。     

脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜表面损伤性能实验

高功率的激光系统对光学元件的抗激光损伤性能的要求不断提高。主要研究薄膜在脉冲激光诱导作用下的损伤特性及其机理,实验采用YAG脉冲激光器对TiO2/SiO2薄膜样片进行1-on-1方式的激光诱导。实验结果表明:采用低能量激光诱导对薄膜的光学透过率影响不大。经低能量激光诱导后,薄膜的表面结构缺陷得以修复,表面结构趋于完整,变得均匀和细腻。脉冲激光诱导TiO2/SiO2薄膜样片,激光能量阶较小时,其损伤阈值随能量增加而增加,损伤阈值最大可增加1倍;激光能量阶较大时,其损伤阈值随能量增加而减小。     

激光在克尔磁滞回线检测中的应用

本文介绍了利用氦氖激光器测量磁光材料克尔效应的原理和实现方法.检测装置的光学系统中,使用了一种磁光薄膜作为调制器和偏振面旋转角度的补偿器.在测量系统中使用单板机进行数据采集及处理,自动打印测量结果,实现了克尔磁滞回线的自动检测.     

S-on-1测量方式下薄膜激光损伤的累积效应

为了研究薄膜激光损伤机理及影响因素,基于平顶光束辐照测量的原理,采用1064nm的Nd:YAG激光器,对电子束热蒸发方式镀制的HfO₂薄膜在重复频率激光作用下损伤的累积效应进行了理论分析和实验验证。运用损伤阈值的测量原理,分析了1-on-1和S-on-1两种测量方式的特点,并分别开展了测量实验。采用二分法查找辐照激光能量,每个能量密度辐照20个测试点,应用零几率损伤阈值和最小二乘法拟合确定测量结果。结果表明,对同种薄膜,1-on-1测量方式测得的损伤阈值为15.75J/cm2,S-on-1测量方式测得的损伤阈值为11.90J/cm2;从损伤阈值与损伤形貌两方面的对比表明,S-on-1测量方式体现了典型的累积效应。此结果对深入研究薄膜激光损伤的机理和影响因素具有重要意义。     

时间拉伸光子多普勒测速技术研究

在瞬态高速测速场景中,目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s,因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性,在光域中完成信号降频处理,降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统,飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域,避免了速度信号的采样间断;信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿,减小了因为位移引入的系统误差,从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片,测试了文中测速系统在记录时间1.2 μs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源,第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤,构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz,通过与光子多普勒测速系统进行结果比对,实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量,为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。     

非晶TiO2薄膜激光晶化

以中频孪生非平衡磁控溅射沉积设备制备的非晶氧化钛薄膜为前驱体,采用激光晶化技术实现了从非晶氧化钛到纳米氧化钛的相变过程。研究结果表明,在所选取的激光功率范围内,晶化氧化钛薄膜主要是由纳米尺度的锐钛矿和金红石所组成。随着激光功率的增大,晶化薄膜中金红石相的含量逐渐增多,晶粒尺寸逐渐增大,硬度、弹性模量及耐磨性逐渐提高。