悬臂梁光纤光栅磁场传感器

介绍一种新的磁场传感器的原理,传感元件为贴在等腰三角梁上的光纤光栅。实验上测得该传感器的灵敏度为18．1T/nm,与理论值17．6T／nm相吻合。     

基于法拉第效应的双偏振光纤激光磁场传感器的纵向空间响应

利用法拉第效应,正交双偏振光纤激光器已被证明可用来实现灵活小巧的磁场传感器。为了发展适宜的封装结构以优化对磁场的传感灵敏度,有必要研究双偏振光纤激光磁场传感器在磁场中的空间响应特性。对长度为21 mm的光纤激光器在磁场宽度为3 mm、5 mm、7 mm以及磁场强度为0.5 T、 0.75 T和1 T时的纵向空间响应进行了实验研究。研究表明,沿着双偏振光纤激光磁场传感器的纵向,其各个部分对磁场的空间响应是不均匀的。该空间响应的峰值出现在激光腔的中间并沿激光器纵向呈对称的高斯分布。这种空间响应的分布特性与光纤光栅的分布式布拉格反射有关。     

光纤激光磁场传感器灵敏度与拍频频率的关系

基于法拉第效应,正交双频光纤激光器已经被证明可用于实现磁场传感。但这种传感器对磁场的灵敏度与激光器初始的拍频频率相关。因此对这种传感器的磁场灵敏度与拍频频率的关系进行了研究。理论和实验结果表明,传感器对磁场的灵敏度与拍频频率间呈非线性关系,并且灵敏度随着拍频频率的减小而增大。该灵敏度存在一个由费尔德常数决定的上限值。对于实验中基于掺铒光纤制备的短腔光纤激光器,通过将初始拍频频率降至2 MHz,获得了激光器对磁场响应的最大灵敏度43 Hz/μT。此外,激光器初始拍频频率与抽运激光的偏振态也有关系。实验表明,通过调谐抽运激光的偏振态,可以动态地调谐传感器对磁场的灵敏度。     

高精确度光纤磁场传感器的研究

分析了基于法拉第效应的高精度光纤磁场传感器的理论基础和偏振结构 ,选择了灵敏度高、动态范围大的磁光晶体 ,并采用计算机模拟技术优化设计和评估性能 ,在 2GHz的频率范围内 ,实验结果与计算机模拟结果是一致的     

基于硅桥结构的MEMS磁场传感器

提出了一种基于硅桥结构的MEMS磁场传感器结构。其结构由制作在硅桥敏感膜表面的惠斯通电桥和在膜中间沾上铁磁体制成。当传感器处于磁场中时,铁磁体在外磁场中磁化产生磁力,磁力会使硅敏感膜弯曲从而引起压阻改变进而使惠斯通电桥产生电压输出以达到测量磁场的目的。文章通过有限元软件仿真对铁磁体的尺寸进行了优化。实验结果和理论结果较接近。实验测得该传感器最大灵敏度为48mV/T,分辨率为160μT,该传感器可以用来进行强磁场的测量。实验结果结果表明:传感器的重复性和动态响应时间分别约为0.66%和150ms。     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器

在分析光纤光栅传感原理的基础上,设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器.先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上;为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响,再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态.对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验,在0~40℃的范围内,磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9pm/℃.在0-1200×10^-4 T范围内,传感器的磁场强度检测灵敏度约为1pm/1×10^-4 T,分辨率为1×10^-4 T,线性度为0.9963,稳定性约为±3×10^-4 T,为弱磁场的测量提供了一种新方法.     

基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器研究

光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为0.19°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。     

非晶丝MI效应磁场方位角测量系统

本文利用双轴MI效应设计并制作了一种磁场方位角测量系统。分析了尖脉冲电流激励下MI效应,并设计CMOS多谐振荡电路产生尖脉冲电流对非晶丝激励,制作成灵敏度高、稳定性好、功耗低的磁场传感器。利用LabVIEW软件,方便地实现磁场方位角的计算以及数字化显示。     

人手姿态检测系统的设计与实现

为了增强人机交互的交互性以及遥控操作的可控性,设计并实现了一款基于磁场传感器与微加速度计的人手姿态检测系统。利用坐标变换理论,通过磁场传感器数据解算姿态的翻滚角和俯仰角,然后结合磁场传感器数据解算方位角,并对传感器的噪声、温度漂移以及磁场传感器受外界磁场的干扰进行了补偿。通过实验证明,该系统能准确测量人手姿态。     

Michelson干涉型光纤磁场传感器稳定性研究

分析设计了采用45°法拉第旋转反射镜的Michelson干涉型磁场传感器的直流相位跟踪(PTDC)系统,并将其与采用Mach-Zehnder干涉仪的磁场传感系统进行实验比较.结果表明,所设计的直流相位跟踪系统能够很好地解决光纤偏振等引起的随机相位漂移问题.     

基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器研究

磁场的传感测量在相关领域具有重要应用。利用磁流体的磁光效应,提出了一种基于光学Tamm态的磁场传感结构。该结构由加载了金属层和电介质层的一维磁流体光子晶体构成。数值研究了该结构的结构参数对传感性能的影响。结果表明,磁流体层越厚,探测灵敏度就越高。金属层和电介质层的厚度均存在一个最佳值,使得传感器具有较高的探测精度。结果还表明,该传感结构的探测灵敏度优于已报道的采用光子晶体缺陷结构实现的磁场传感器。研究结果为基于光学Tamm态的磁流体磁场传感器的设计制备提供了参考。     

MEMS magnetic field sensor based on silicon bridge structure

A MEMS piezoresistive magnetic field sensor based on a silicon bridge structure has been simulated and tested.The sensor consists of a silicon sensitivity diaphragm embedded with a piezoresistive Wheatstone bridge,and a ferromagnetic magnet adhered to the sensitivity diaphragm.When the sensor is subjected to an external magnetic field, the magnetic force bends the silicon sensitivity diaphragm,producing stress and resistors change of the Wheatstone bridge and the output voltage of the sensor.Good agreeme...     

柔性仿生磁性微结构的制备与驱动

根据自然界中一些在黏性介质中游动的生物的运动原理,制备了一种由磁性头部和无磁性尾部构成的柔性仿生微结构,可通过均匀振荡磁场驱动。结合振荡磁场的产生原理建立运动学模型,以分析磁性微结构在振荡磁场驱动下的振荡特性。在驱动过程中分别设置磁场的振荡角为60°、90°和120°,微结构的游动速度随着磁场振荡角的增大而增加。通过研究微结构在驱动过程中的频率响应,确定了微结构在振荡角为60°、失步频率为15 Hz时,获得的最大游动速度为105μm/s,而当振荡角为90°和120°、失步频率为25 Hz时,获得的最大游动速度分别为117和179μm/s。低于失步频率时,游动速度随着频率的增加而增大,但是高于失步频率后,游动速度随之降低。结合微结构的振荡模型,分析了失步的原因,并论证了微结构的振荡角和振荡频率在频率响应中的作用机制。     

自适应双参考磁场梯度探测原理

本文使用4个单分量磁探头构成双参考磁场梯度探测装置.4个探头组成3个磁场梯度传感器,其中一个为信号传感器,另两个为噪声传感器.以信号传感器输出作为原始输入,噪声传感器输出作为参考输入,采用自适应噪声抵消技术,能有效消除因载体运动产生的涡流磁场及因磁探头方向相对地磁方向改变而引起的噪声输出.本文提出的双参考磁场梯度探测装置具有工艺性好,灵敏度高,虚警概率低的优点,可在实际磁探系统中使用.     

基于无线电测向的目标搜寻系统设计

为了实现对目标的快速搜寻,迫切需要一种高性能的无线电测向系统。系统以Atmega128为主控芯片,利用无线收发模块KYL-1020L收发数据,内置场强检测电路检测场强大小。依据八木天线的定向性辨别各个方位的场强强弱。经试验测试,场强最大值所在的方位角分布在30°至60°之间,在一定的方位角范围之内,满足系统测向要求,依据LCD显示的方位角和场强值能够准确找到目标。     

自积分式脉冲磁场传感器的补偿研究

自积分式磁场传感器用于脉冲场测量时，普遍存在低频失真问题，本文提出一种数字滤波的方案对传感器的低频特性进行补偿。滤波器采用无限冲激响应滤波器的形式，并以系统辨识的方法直接在时域进行设计，应用结果表明，该滤波器能有效地修复失真波形，使传感器的响应特性得到显著改善。     

基于磁流包覆冷却拉锥全光纤磁场传感器特性研究

为提高光纤传感器磁场检测中的敏感度,进一步实现弱磁场环境中的高精度场强勘测,提出一种基于磁流包覆与冷却拉锥透射式全光纤高灵敏磁场传感器,拉锥过程采用间歇式停顿冷却技术,可更加便捷获得高质量干涉谱,减缓光子晶体光纤空气孔塌缩,制作工艺简单,具有可操纵性强、灵敏度高、损耗小等优势,实现了高灵敏磁场环境实时在线检测,并对传感器的变温影响进行了讨论。实验结果表明,光子晶体光纤的拉锥长度为5.5mm、腰椎直径为75μm时,可得到良好的干涉光谱,在0~78 Oe(1 Oe■79.578A·m-1)磁场范围内,灵敏度达95pm/Oe,线性拟合度为98.31%。     

Rapid polarizing field cycling in magnetic resonance imaging

We describe the electronics for controlling the independently pulsed polarizing coil in a prepolarized magnetic resonance imaging (PMRI) system and demonstrate performance with free induction decay measurements and in vivo imaging experiments. A PMRI scanner retains all the benefits of acquiring MRI data at low field, but with the higher signal of the polarizing field. Rapidly and efficiently ramping the polarizing coil without disturbing the data acquisition is one of the major challenges of PMRI. With our modular hardware design, we successfully ramp the 0.4-T polarizing coil of a wrist-sized PMRI scanner at up to 100 T/s without causing image artifacts or otherwise degrading data acquisition.     

Flexible Magnetoreceptor with Tunable Intrinsic Logic for On-Skin Touchless Human-Machine Interfaces

Artificial magnetoception is a new and yet to be explored path for humans to interact with the surroundings. This technology is enabled by thin film magnetic field sensors embedded in a soft and flexible format to constitute magnetosensitive electronic skins (e-skins). Being limited by the sensitivity to in-plane magnetic fields, magnetosensitive e-skins are restricted to basic proximity and angle sensing and are not used as switches or logic elements of interactive wearable electronics. Here, a novel magnetoreceptive platform for on-skin touchless interactive electronics based on flexible spin valve switches with sensitivity to out-of-plane magnetic fields is demonstrated. The technology relies on all-metal Co/Pd-based spin valves with a synthetic antiferromagnet possessing perpendicular magnetic anisotropy. The flexible magnetoreceptors act as logic elements, namely momentary and permanent (latching) switches. The switches maintain their performance even upon bending to a radius of less than 3.5 mm and withstand repetitive bending for hundreds of cycles. Here, flexible switches are integrated in on-skin interactive electronics and their performance as touchless human-machine interfaces is demonstrated, which are intuitive to use, energy efficient, and insensitive to external magnetic disturbances. This technology offers qualitatively new functionalities for electronic skins and paves the way towards full-fledged on-skin touchless interactive electronics.