制备态Fe21Ni79/Cu/Fe21Ni79三明治薄膜的纵向巨磁阻抗效应

采用直流电镀结合正胶光刻工艺制备了Fe21Ni79/Cu/Fe21Ni79三明治薄膜,并在0.1~40MHz范围内研究了它的纵向巨磁阻抗效应特性。实验结果表明,Fe21Ni79/Cu/Fe21Ni79三明治薄膜有十分明显的纵向GMI效应,GMI先随外加磁场的增高而迅速增大,在Hext=0.96kA/m达到最大值后开始逐渐下降。在频率为1.2MHz,外加磁场为0.96kA/m时薄膜的纵向GMI最大值达到88.3%。     

磁致伸缩、压电层状复合磁电传感器非线性动态有限元模型

基于磁致伸缩材料标准平方模型和压电材料线性本构关系,应用Hamilton变分原理建立了磁电传感器的磁-机-电耦合特性的动力学方程。建立的动力学方程考虑了磁致伸缩材料的磁滞现象和E效应的影响。应用所建立的模型求解了LT型磁致伸缩/压电磁电传感器的输出特性,与实验结果进行对比发现模型可较准确地预测磁电传感器在不同偏置磁场和交流驱动磁场激励下其输出电压随时间的变化关系。当偏置磁场为22.1kA/m,正弦交流驱动磁场为7.4kA/m、频率为100Hz时,计算结果和实验结果误差为0.9%。同时,应用该模型还可以确定磁电传感器的最大交流驱动磁场。     

不同磁场退火方式FeZrBCu薄膜巨磁阻抗效应比较

用射频溅射法制备了(Fe88Zr7B5)0.97Cu0.03软磁合金薄膜,研究了不同磁场退火方式对薄膜磁导率和巨磁阻抗(GMI)效应的影响.姑果表明,纵向和横向磁场退火都能有效地提高薄膜样品的巨磁阻抗效应,在13MHz频率下纵向最大GMI比分别为18.6%和17%;纵向磁场退火后薄膜样品的横向磁各向异性消失,横向磁场退火则能有效增强横向磁各向异性,提高巨磁阻抗效应的磁场响应灵敏度;磁场诱导的磁导率变化是巨磁阻抗效应变化的主要原因.     

螺旋磁场作用下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型及实验

基于魏德曼效应和压磁效应建立了螺旋磁场作用下磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算了磁致伸缩位移传感器的输出电压。计算结果表明输出电压与螺旋磁场间存在线性关系。当激励磁场与偏置磁场均为3k A/m、螺旋磁场强度为4.24k A/m时,输出电压的计算值达到18.09m V,计算结果与实验结果的变化趋势一致,数值基本吻合,表明了建立的输出电压模型的正确性。基于建立的模型,可以确定传感器激励磁场与偏置磁场的范围,研究可为磁致伸缩位移传感器的优化设计提供理论基础与指导。     

结构参数对各向异性磁电阻(AMR)磁场传感器性能的影响

采用磁控溅射工艺制备NiFe合金薄膜，通过电子束蒸发制备Barber电极，获得了各向异性磁电阻(AMR)线性磁场传感器。通过材料芯片技术，系统研究了图形化的NiFe薄膜宽度、厚度以及Barber电极角度、间距等因素对传感器性能的影响。测试结果表明，在设计的工艺条件下，NiFe薄膜宽度为36μm、厚度为28 nm、Barber电极角度为40°以及电极间距为10μm时，该磁场传感器在磁场范围为±5 G内灵敏度最大，达到1.17 mV/(V·G)。研究工作为进一步发展基于AMR效应的角度及磁场传感器芯片提供参考。     

单层膜的巨磁阻抗(GMI)效应

巨磁阻抗软磁薄膜因为在制备上与集成电路工艺具有兼容性而在传感器等工程领域具有广阔的应用前景，综述了单层膜的研究现状，着重讨论了横向各向异性，驱动电流和外加磁场方向对巨磁阻抗效应的影响，并且从理论上讨论了GMI效应的物理本质。     

CoFe2O4涂层对Co基非晶薄带GMI效应的影响

通过磁控溅射法在Co基非晶薄带(Co66Fe4NiSi15B14)上制备CoFe2O4涂层(镀膜),在75kHz～2.5MHz频率范围内观察其巨磁阻抗效应(GMI)随外加磁场的变化。实验结果显示,在Co基非晶薄带上涂覆CoFe2O4薄膜,可以提高薄带的GMI效应,并且在频率为1.2MHz时,具有CoFe2O4涂层的非晶薄带巨磁阻抗比较无涂层薄带提高了近30%。研究发现,当趋肤效应显著时材料表面粗糙度对GMI效应有较大影响。通过在Co基非晶薄带表面镀膜的方式降低样品表面粗糙度,减小表面退磁场的影响,从而提高了材料的GMI效应。     

Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器磁电效应

采用树脂粘结法制作了L-T型(磁致伸缩层的磁化方向与压电层的极化方向相互垂直)Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器。采用等效电路法对磁电系数进行了详细推导,得到磁电系数方程。磁电系数方程显示磁电系数决定于Terfenol-D与PZT的性能参数和磁电传感器中两种材料的体积比。为此从理论和实验上分析了偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比以及驱动磁场频率对磁电系数的影响规律。结果表明偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比和驱动磁场频率对磁电传感器磁电系数的影响都很明显,并且磁电系数的计算结果与实验结果一致,对于所制作的复合磁电传感器,相同条件下磁电系数的计算值与实验值的相对差值小于6%。     

基于钴基非晶带GMI效应的闭环磁场传感器设计

利用钴基非晶带作为敏感元件,研制出一种基于非晶带GMI效应的磁场传感器。分析了传感器的工作原理,设计了该传感器的信号处理以及负反馈电路。通过负反馈方法组成闭环系统,提高了传感器的测量范围、线性度等性能。对传感器性能进行了测试,实验结果表明:在-260~+260 A/m磁场范围内,传感器线性度为0.57%,灵敏度为3.23m V/A·m-1,满量程输出1.68V。本传感器可应用于地球磁场、环境磁场等微弱磁场检测领域。     

磁疗用方片磁源空间磁场定量分析

磁疗是利用磁场对人体患病部位或有关穴位进行作用,从而达到治病或保健目的的一种物理疗法.近年来随着非药物疗法的兴起,磁疗也越来越引起人们的关注.由于磁疗常用各种永磁磁源空间磁场分布比较复杂,因此磁场的作用剂量问题一直困扰着有关研究人员.本文采用有限元数值计算建立了方片磁源空间磁场的计算方法,得出方片磁源空间磁场的矢量磁位、磁感强度、磁场能量密度量值、磁感强度等值线和磁力线,为方片磁源的使用提供了多参数的量值依据,对磁疗的定量应用有重要的指导意义.     

基于GMI效应的磁传感器研究与发展现状

巨磁阻抗(GMI)效应的出现,使磁传感器在弱磁检测领域的小型化、高灵敏度、快速响应和低功耗方面成为可能,基于GMI效应的磁传感器具有广泛的应用发展前景,是近年来磁传感器领域的研究热点之一.本文从不同敏感材料类型的角度介绍了巨磁阻抗磁传感器的国内外研究现状,着重对传感器的敏感材料、结构形式、处理电路及性能做了介绍,并指出...     

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。     

曲折结构钴基非晶薄带巨磁阻抗效应及其仿真分析

建立了曲折结构钴基非晶薄带近横向各向异性场巨磁阻抗效应的理论计算模型，通过Maxwell方程组以及带阻尼项的Landau-Lifshitz进动方程，对其巨磁阻抗效应(GMI)进行理论分析。着重讨论了曲折结构钴基非晶薄带的长度、宽度、线条间距以及工作频率和外加磁场等参数对GMI性能的影响。结果表明，在考虑非晶薄带微型化尺寸以及理想的GMI性能的情况下，曲折结构钴基非晶薄带的长度、宽度和线条间距之间存在一个比较理想的比例。根据理论计算结果，较为理想的结构参数分别为长度8 mm、间距60μm、宽度240μm，在工作频率为20 MHz的情况下，GMI比高达175%，理论计算结果为后续开展微型化薄带传感器的研制以及相关生物传感检测研究提供了一定的理论依据。     

超磁致伸缩致动器中偏置磁场的有限元模拟

用Ansoft软件对超磁致伸缩致动器中的偏置磁场进行研究,主要分析四种磁路结构的磁场均匀性及磁场强度,为器件设计提供依据。结果表明,两层及三层圆盘状永磁体施加偏场的均匀性一般,磁场强度变化范围分别为10~12kA/m、15~25kA/m;增加线圈后均匀性降低,但磁场强度分别增加到23~27kA/m、35~65kA/m。圆桶状永磁体施加偏场的均匀性最好,磁场强度变化范围50.7~50.9kA/m。双层圆环状结构可以提供稍高的磁场强度,磁场强度变化范围50~52kA/m。     

基于GMI传感器的钢板漏磁无损检测

基于漏磁检测技术,采用巨磁阻抗GMI传感器搭建了钢板无损检测系统,对镀锡DI材带钢上直径大小为60~140μm的缺陷进行了检测。GMI传感器敏感核心元件采用的是直径16μm、长为5mm的Co68.15Fe4.35Si12.5B15非晶玻璃包裹丝,以非线性非对角模式工作,具有高灵敏度、快速响应、非接触、功耗小、无磁滞等优点。实验表明,这套测试系统在提离值0.5~3 mm范围内能够精确地检测出直径大于60μm的缺陷,根据测量信号可以分析出缺陷所在的位置和大小。实验结果较好地符合磁偶极子模型。     

FeSiB/Cu/FeSiB夹心薄膜巨磁阻抗效应研究

研究了非晶FeSiB/Cu/FeSiB夹心薄膜在100kHz～40MHz范围内的巨磁阻抗效应.当磁场和交流电流沿薄膜的纵向时,磁阻抗比随磁场的增大而增强,在磁场约1600A/m下达到最大值,然后随磁场的增大而下降到负值.在频率3MHz、磁场1600A/m时磁阻抗比达到最大值17.2%.磁阻抗比的最大值及负的磁阻抗比与夹心薄膜中磁各向异性轴的取向有关.另外,当磁场施加在薄膜的横向时,薄膜表现出负的磁阻抗效应,在频率3MHz、磁场5600A/m 时,磁阻抗比达-13.4%.     

基于磁集中器的霍尔三轴磁场测量传感器有限元仿真分析

运用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,模拟计算了在80A/m(1 Oe)的磁场中,加入磁集中器后磁场的变化,并讨论了磁集中器的大小、材料磁导率、霍尔元件大小、空间位置等参数对传感器输出参数的影响。计算结果表明,把磁集中器和霍尔元件组合到一起,能够使用传统霍尔元件实现磁场的三维测量,从而可以使其在电子罗盘和地磁导航系统等领域得到广泛的应用。     

基于改进巨磁电阻芯片的三维地磁传感器设计

介绍了一种新型三维地磁传感器的结构以及原理,利用巨磁电阻(GMR)传感器实现地磁三分量测量。由于常规GMR传感器的输出特性不满足地磁场的测量,通过外置磁通聚集器和磁偏置技术改进巨磁电阻传感器的输出特性。使用高磁导率材料制作磁通聚集器,由永磁体提供偏置磁场。并用ANSYS对改进后的传感器模型进行数值模拟,ANSYS能快速地确定出偏置场的相关参数。使用无磁转台对三维地磁传感器标定测试,结果表明该传感器能较好地描述地磁信号,具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点。     

巨磁阻抗(GMI)效应在电流传感器领域的研究

回顾了巨磁阻抗(GMI)效应发展的历史,介绍了巨磁阻抗(GMI)效应起源、理论方法,设计制作了一种基于巨磁阻抗(GMI)效应的电流传感器,并采用CoZrB等材料的非晶带制作成螺旋式结构探头。该传感器由科比茨振荡电路,前置放大器,整流电路和调零输出放大器构成;前置放大器输入端联接非晶带两端,前置放大器放大的信号由输出端接整流电路,整流电路将高频交流信号转化为二倍交流信号峰值的直流信号,再接调零输出,放大器输出接A/D转换及数字显示部分。采取非接触式方式,达到测量电流目的。     

扭转力作用下Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的 输出特性

为提高磁致伸缩位移传感器的测量精度,需要从理论和实验上分析传感器的输出特性。针对扭转力作用下波导丝发生磁化状态的改变进而影响传感器的输出特性这一问题,基于材料力学求解扭转应力,并从磁畴角度分析扭转力对魏德曼效应的影响,结合Fe-Ga合金的非线性本构模型和磁致伸缩逆效应等建立磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算不同螺旋磁场和扭转力下的输出电压。搭建预加扭转应力下输出电压的测试平台,从理论和实验上确定输出电压随扭转应力的增大呈非线性减小的变化规律。研究还表明:在同一磁场下,正向扭转应力导致的电压降小于反向扭转应力导致的电压降,提高偏置磁场或激励磁场可以从一定程度上抵消扭转应力对电压的影响。研究可为设计大量程高精度的位移传感器提供理论依据与指导。