GMM,PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究

将超磁致伸缩材料(GMM)、压电材料(PZT-5H)复合于弹性基板上,利用共振原理构造了一种新型的磁电换能器.当激励磁场的频率等于或者接近于弹性基板的固有频率时,GMM将驱动弹性基板振动并发生共振,粘结于基板上的压电材料的输出电压将达到极大.实验研究表明,该器件的磁电耦合电压曲线呈现多个峰值,在800 Oe偏置磁场和1 Oe交变磁场激励下,谐振点处的磁电耦合电压系数达到1.552 V/Oe.     

GMM，PZT和弹性基板复合磁电耦合效应研究

将超磁致伸缩材料（GMM）、压电材料（PZT-5H）复合于弹性基板上，利用共振原理构造了一种新型的磁电换能器。当激励磁场的频率等于或者接近于弹性基板的固有频率时，GMM将驱动弹性基板振动并发生共振，粘结于基板上的压电材料的输出电压将达到极大。实验研究表明，该器件的磁电耦合电压曲线呈现多个峰值，在800Oe偏置磁场和1Oe交变磁场激励下，谐振点处的磁电耦合电压系数达到1.552V/Oe。     

GMM和SAW谐振器复合磁传感器设计与分析

提出了一种新的超磁致伸缩材料(GMM)和声表面波(SAW)谐振器构成的复合磁传感器,将磁场中GMM的应力应变传递到SAW谐振器上,改变其谐振频率,检测谐振频率进行磁场测量。推导了复合磁传感器在磁场中的频率响应及磁场-频率偏移量关系,并对传感器的静态特性进行了测试。分析表明该传感器为低通系统,截止频率约为14.34Hz。实验验证了复合传感器的最高静态灵敏度可达到190Hz/Oe。     

GMM和SAW谐振器复合磁传感器设计与分析

提出了一种新的超磁致伸缩材料(GMM)和声表面波(SAW)谐振器构成的复合磁传感器,将磁场中GMM的应力应变传递到SAW谐振器上,改变其谐振频率,检测谐振频率进行磁场测量.推导了复合磁传感器在磁场中的频率响应及磁场-频率偏移量关系,并对传感器的静态特性进行了测试.分析表明该传感器为低通系统,截止频率约为14.34 Hz.实验验证了复合传感器的最高静态灵敏度可达到190 Hz/Oe.     

GMM和SAW谐振器复合磁传感器设计与分析

提出了一种新的超磁致伸缩材料（GMM）和声表面波（SAW）谐振器构成的复合磁传感器，将磁场中GMM的应力应变传递到SAW谐振器上，改变其谐振频率，检测谐振频率进行磁场测量。推导了复合磁传感器在磁场中的频率响应及磁场-频率偏移量关系，并对传感器的静态特性进行了测试。分析表明该传感器为低通系统，截止频率约为14.34Hz。实验验证了复合传感器的最高静态灵敏度可达到190Hz/Oe。     

基于Hamilton原理的压电悬臂梁模型建立与分析

根据哈密顿(Hamilton)原理建立了压电悬臂梁(压电梁)能量转换模型,利用数值模拟和实验测试的方法研究了压电梁在固定端受到位移激励时结构尺寸、材料特性和激振频率等对其发电能力的影响规律。研究表明,当基板材料相同时,单、双晶压电梁均存在最佳厚度比(基板/总厚)使其输出电能最多;当基板材料不同时,最佳厚度比随杨氏模量比(基板/陶瓷)增加而减小,铜、钼基板构成的单、双晶压电梁的最佳厚度比分别为(0.7,0.35)和(0.45,0.2);当厚度比(0.5)和激励条件相同时,杨氏模量比对单、双晶压电梁发电能力影响不同;调整单、双晶压电梁自由端质量块使其工作在谐振状态,可显著提高压电梁的发电能力。     

强冲击压电陶瓷结构的应力波传播及电压输出特性

为了研究强冲击作用下应力波在压电陶瓷复合结构（前基板-压电陶瓷-后基板）中的传播规律和压电陶瓷的电压输出特性,利用自行构建的聚偏氟乙烯（PVDF）冲击压力测试系统和压电陶瓷的电压输出测试系统并结合一级轻气炮加载系统,开展了2A12柱状铝弹丸分别以313m/s、326m/s、379m/s和397m/s的速度正碰撞压电陶瓷复合结构（不同材料的后基板）实验,采集压电陶瓷与后基板间压力传感器产生的电压信号和压电陶瓷的电压输出信号.同时,基于一维弹性波的传播理论,推导了应力波在弹体与压电陶瓷复合结构接触界面所形成的变截面问题中传播时的碰撞速度与压力峰值的计算关系式,得到了不同碰撞速度条件下压电陶瓷后表面处的应力峰值;利用压电陶瓷输出电压与冲击压力峰值间的理论计算关系式并结合Matlab编程对冲击压力的实验数据处理所得到的冲击压力峰值,计算得到了压电陶瓷的电压输出峰值.研究结果表明：通过理论计算得到的冲击压力峰值、电压输出峰值与实验测量所得结果均基本吻合;在碰撞速度接近时,后基板的材料性质（有机玻璃和铝合金）对应力脉冲峰值特征的影响显著,有机玻璃作为后基板的应力脉冲峰值高于后基板为铝合金时的应力脉冲峰值,且有机玻璃作为后基板的脉冲持续时间长于后基板为铝合金时的脉冲持续时间;压电陶瓷的电压输出峰值随冲击压力峰值的增加而增大且二者呈非线性关系.     

声表面波(SAW)传感器(二)

三、声表面波电压传感器在声表面波延迟线的输入和输出换能器间的传播途径压电基片上,施加偏置电场,引起弹性形变,产生改变了延迟时间的效应.利用这种效应于电压测试技术开发了声表面波电压传感器.这种当电场施加于压电材料时,所感应产生的弹性形变S以张量形式给出如下公式:S_(ij)=d(ijk)×E_k i,j=x,y,z (6)式中,d_(ijk)是在K方向施加电场E_k时在i平面上沿j方向的压电常数.图12给出了SAW延迟线被施加偏置电场的示意图.如式(6)所示,电场感应产生弹性形变是基本工作原理,而对于电压传感器有效的弹性形变量为S_(xx)或S_(yy),给出常用的三种材料:PCM压电陶瓷,     

弹性振幅放大器对参数激励压电俘能器的影响

该文提出在参数激励压电俘能器中增设弹性振幅放大器。利用扩展哈密顿原理,建立了系统的动力学方程,通过数值仿真,研究了弹性振幅放大器及其刚度系数对俘能器性能的影响。研究结果表明,当压电梁未发生屈曲,且压电梁的固有频率与弹性振幅放大器固有频率比满足1∶2共振条件时,能够降低参数激励俘能器的激励阈值,并拓宽俘能器的频率带宽。此时的刚度系数称为共振刚度系数k_sr。研究表明,当弹性振幅放大器的刚度系数小于k_sr时,俘能器的平均输出功率、均方根电压峰值及频率带宽均随着刚度系数的增加而增加;当弹性振幅放大器的刚度系数大于k_sr时,随着刚度系数的增加,俘能器的频率带宽增大,均方根电压峰值略减小,而平均输出功率在激励幅值较大时趋于相同。     

超磁致伸缩材料在骨传导听觉装置上的应用

超磁致伸缩材料(简称GMM)是制作低频换能器的理想功能材料。介绍了GMM的磁致伸缩机理及其本身特性;与传统磁致伸缩材料以及当前广泛应用在骨传导听觉装置上的电磁和压电材料进行了分析比较;综述了GMM在骨传导听觉装置上的应用现状;重点介绍了骨传导发音振子的设计构想,并且对超磁致伸缩式骨传导听觉装置在军事通信上的应用进行了展望。     

Giant Electric Field Tuning of Magnetic Properties in Multiferroic Ferrite/Ferroelectric Heterostructures

Multiferroic heterostructures of Fe₃O₄/PZT (lead zirconium titanate), Fe₃O₄/PMN‐PT (lead magnesium niobate‐lead titanate) and Fe₃O₄/PZN‐PT (lead zinc niobate‐lead titanate) are prepared by spin‐spray depositing Fe₃O₄ ferrite film on ferroelectric PZT, PMN‐PT and PZN‐PT substrates at a low temperature of 90 °C. Strong magnetoelectric coupling (ME) and giant microwave tunability are demonstrated by a electrostatic field induced magnetic anisotropic field change in these heterostructures. A high electrostatically tunable ferromagnetic resonance (FMR) field shift up to 600 Oe, corresponding to a large microwave ME coefficient of 67 Oe cm kV^?1, is observed in Fe₃O₄/PMN‐PT heterostructures. A record‐high electrostatically tunable FMR field range of 860 Oe with a linewidth of 330–380 Oe is demonstrated in Fe₃O₄/PZN‐PT heterostructure, corresponding to a ME coefficient of 108 Oe cm kV^?1. Static ME interaction is also investigated and a maximum electric field induced squareness ratio change of 40% is observed in Fe₃O₄/PZN‐PT. In addition, a new concept that the external magnetic orientation and the electric field cooperate to determine microwave magnetic tunability is brought forth to significantly enhance the microwave tunable range up to 1000 Oe. These low temperature synthesized multiferroic heterostructures exhibiting giant electrostatically induced tunable magnetic resonance field at microwave frequencies provide great opportunities for electrostatically tunable microwave multiferroic devices.     

Multiferroic Polymer Laminate Composites Exhibiting High Magnetoelectric Response Induced by Hydrogen‐Bonding Interactions

The coupling of the magnetic, electric, and elastic properties in multiferroics creates new collective phenomena and enables next‐generation device paradigms. In this work, the hydrogen bonding interaction between hydrate salts and ferroelectric polymers is exploited in the development of high‐performance magnetoelectric (ME) polymer laminate composites. The microstructures and crystallite structures of the Al(NO₃)₃·9H₂O doped poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene), P(VDF‐HFP), are carefully studied. The effect of hydrogen bonding interaction on the polarization ordering of the ferroelectric polymers is investigated by 2D wide‐angle X‐ray diffraction, polarized Fourier transform infrared spectra, and dielectric spectra at varied frequencies and temperatures. It is found that hydrogen bond not only promotes the formation of the polar crystallite phase but also improves the polarization ordering in the ferroelectric polymer, which subsequently increases the remnant polarization of the polymers as verified in the polarization‐electric field loop measurements. These entail marked improvement in the ME voltage coefficients (α_ME) of the resulting polymer laminate composites based on ferromagnetic Metglas relative to analogous composites. The composite exhibits a state‐of‐the‐art α_ME value of 20 V cm^‐1 Oe under a dc magnetic field of ≈4 Oe and a colossal α_ME of 320 V cm^‐1 Oe at a frequency of 68 kHz.     

GMM-FBG光纤电流传感器温度补偿研究

为解决因超磁致伸缩材料(GMM)磁致伸缩系数 对温度敏感而影响GMM-FBG光纤电流传 感器响应准确度的问题,研究了温度补偿的方法,构建了GMM磁场与温度的多场耦合模型, 进行温度传感实验、电流的通断实验、及不同磁场方向上的电流响应实验,设计了十字形传 感探头,利用垂直磁场方向的GMM的磁场不敏感性进行电流传感器的温度补偿,提高了GMM- F BG光纤电流传感器响应准确度。结果表明:垂直于磁场方向上的传感器中心波长值变化量为 ±0.05 pm,可忽略磁场的影响,温补后的拟合曲线与通断实验的拟 合曲线残差平方和为0.011,几乎完全重合, 可消除温度对GMM-FBG电流传感器的影响,使电流测量更加精确,并实 现电流与温度的同时测量,可满足当代电力系统的应用需求。     

Influence of substrate on the high-frequency permeability of thin iron films

The ferromagnetic resonance (FMR) spectra of thin metallic films obtained by magnetron deposition on polymeric and ceramic substrates are investigated in the strip line at frequencies of 0.13–12 GHz via frequency and external magnetic field sweeping. The influence of mechanical stresses on the FMR spectra of films deposited on an elastic (polyethylene rephthalate) substrate is discussed. The magnetostriction contribution to the anisotropy field of a film, as well as the influence of tensile stresses on the quasi-static permeability and FMR frequency, is estimated. It is demonstrated that the microwave properties of a thin metallic film are also specified by the properties of the substrate with such a film. A distinction in the magnetic properties of films with the same composition, which are deposited on different substrates, is explained in terms of the magnetostriction effect.     

A 5-MM Resonance Isolator (Correspondence)

The rectangular waveguide resonance isolator operating at frequencies from 3000 to 24,000 mc is a simple and compact device since the dc magnetic field requirements are relatively low. In the 5-mm range, however, resonance isolators are not practical if conventional ferrites are used because very high magnetic fields of about 20,000 oersteds are required to obtain resonance at these high frequencies. By using highly oriented Ferroxdure, resonance isolators in the millimeter range become feasible because of the high internal anisotropy field of 17,000 oersteds exhibited by this material. Thus, with Ferroxdure a magnetic fieId of a few thousand oersteds is sufficient for resonance in the 5-mm region.     

弓张式GMM发音振子径向磁场仿真分析

超磁致伸缩材料(GMM)发音振子是骨传导听觉装置的核心部件,该文提出了一种弓张式的GMM发音振子结构,并利用ANSYS软件对其内部磁场径向分布进行了有限元仿真和分析。结果表明,振子中间部分磁场强度和均匀性最好,弓张结构磁导率的变化对两端磁场分布的均匀性影响较大,为满足磁场强度和均匀性要求,弓张结构应优先选用镍铁合金材料。     

基于磁流体和无芯光纤的磁场传感器

用无芯光纤(NCF)作为单模-多模-单模(SMS)结构中的多模光波导,并将其浸没在密封于毛细管内的磁流体(MF)中,形成了一种新型的全光纤化磁场传感器。传感器可利用磁场变化时其透射谱中谷值波长的移动或峰值波长处的透射率变化对相应的磁场变化进行测量。完成了传感器的制作并进行了实验研究,在传感器长约9cm时,实验得到的磁场灵敏度分别达到了78pm/Oe和0.129dB/Oe。除了作为磁场传感器,本文装置还可以用来作为磁控可调光衰减器或光调制器。     

用于高灵敏微磁传感器的LMO膜制备与分析

采用溶胶凝胶法制备了LaMnOx(LMO)薄膜,系统研究了不同烧结温度、纵向直流磁场后退火和生长膜层数对LMO薄膜的巨磁阻抗效应的影响。结果表明,烧结温度、膜的层数以及纵向磁场后退火处理均有效提高了LMO的巨磁阻抗比,其中纵向直流磁场后退火处理提高薄膜阻抗比效果最显著,经过10Oe、400℃恒温1h磁场后退火处理后,在频率5MHz、100Oe外磁场下其磁阻抗比达15.8%,相比未后处理样品磁阻抗比提高了一倍,其对应的磁场灵敏度为0.16%/Oe。同时,实验发现磁场后退火不仅影响薄膜的巨磁阻抗比,也会改变阻抗比极大值所对应的激励频率,这一现象目前仍在探究中。     

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%。