基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器研究

该文设计制作了一种基于磁致伸缩效应的声表面波(SAW)电流传感器,采用了磁致伸缩铁钴合金(FeCo)薄膜,并对其性能进行实验研究。传感器采用双通道300 MHz声表面波延迟线型振荡器结构,以128°YXLiNbO_3为压电基片,在其表面覆盖与其温度系数极性相反的SiO_2薄膜来改善器件温度稳定性,并在声传播路径上溅射FeCo薄膜用以感知电流量。在电流产生磁场作用下,FeCo薄膜发生磁致伸缩应变,导致声传播速度的变化,进而以振荡器频率信号的改变来表征待测电流。该文通过对不同FeCo膜厚及不同FeCo薄膜长宽比的传感器进行实验分析,以获得优化的传感功能结构。实验结果表明,在优化的FeCo薄膜厚度(500nm)和长宽比(2∶1)条件下,所研制的声表面波电流传感器的灵敏度为12.375kHz/A。     

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。     

磁致伸缩液位传感器

本文对磁致伸缩液位传感器产品及其应用进行了分析。     

基于柔性衬底的磁声表面波谐振器

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题,该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜,光刻制备了叉指电极,并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构,成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性,最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试,并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明,该MSAW器件有两个谐振峰,其中瑞利波出现在28.32 MHz,兰姆波出现在93.69 MHz。     

双通道声表面波转速传感器

以声表面波中的陀螺效应为理论基础，通过数值计算获得了LiNbO3基底上声表面波波速随基底转动速率的变化，以此为依据设计了一种双通道声表面波转速敏感结构，制作出双通道声表面波转速传感器。通过实验，该传感器的分辨率为12Hz/r·s^-1。     

双通道声表面波转速传感器

以声表面波中的陀螺效应为理论基础,通过数值计算获得了LiNbO3基底上声表面波波速随基底转动速率的变化,以此为依据设计了一种双通道声表面波转速敏感结构,制作出双通道声表面波转速传感器。通过实验,该传感器的分辨率为12Hz/r.s-1。     

FeZrBNb单层膜的巨磁阻抗效应

用高频溅射法制备了FeZrBNb合金薄膜,研究了制备条件、制备工艺对薄膜样品巨磁阻抗效应的影响.结果表明,增大薄膜的厚度可以提高样品的阻抗比,13 MHz下,厚度为10.8 μm的薄膜样品的最大纵向阻抗比为2.5％;在制备过程中加磁场可以在薄膜中感生出磁各向异性场,进而提高薄膜的阻抗比.同时,退火可以提高材料的软磁特性,增强薄膜的巨磁阻抗效应,对薄膜进行退火处理后,薄膜的纵向和横向阻抗比分别提高到1.7％和1.5％.     

磁致伸缩效应光纤微分干涉电流传感器

基于磁致伸缩效应，利用微分干涉仪，设计了一种光纤电流传感器，可用于高精度，高灵敏度电流和磁场的测量，分析了用磁致伸缩效应实现光纤电流传感器的原理，建立了基于磁致伸缩效应传感头的数学模型，并通过实验对光纤电流传感器的输入－输出特性，直流偏置特性和精确度等进行了研究，在8－200A的电流测量范围内，测量比差约为0．5％。     

基于声表面波传感器的洗涤剂残留量检测

该文建立了声表面波传感器的液体传感模型,分析了水平剪切声表面波(SH-SAW)对洗涤剂残留量的敏感机理,通过洗涤剂浓度变化引起液体特征参数变化并导致声表面波传播参数的变化来实现检测功能.设计并制作了包括自由化通道、金属化通道的双通道传感器,以及与之配套的液槽面板和测试板.实验测试结果表明,可通过对传感器自由化通道谐振频...     

基于COMSOL的复合膜结构中SAW传播特性分析

该文以金刚石/氮化铝/二氧化硅复合膜结构中声表面波的传播特性为研究对象,利用COMSOL软件建立复合膜有限元模型并进行模拟仿真,根据仿真结果计算得出复合膜结构中声表面波的相速度色散曲线和积淀耦合系数曲线,分析了氮化铝、二氧化硅和铝电极膜厚对声表面波传播特性的影响。     

S型双声路声表面波质量传感器

报道了在128°Y切割X传播方向的LiNbO3基片上设计并研制的中心频率为122MHz的S型双声路质量传感器,它能有效地克服环境温度的影响。阐述了该传感器的器件结构及设计,并采用延迟线振荡的方式对器件的性能进行测试。测试结果表明,该器件相对温度系数良好,仅约为10Hz/°C。器件的质量沉积效应灵敏度约为3.8GHz·cm2/g。     

采用钯镍薄膜的声表面波氢气传感器研究

该文对采用钯镍薄膜作为敏感膜的声表面波氢气传感器开展研究,以实现快速的氢气检测。传感器采用双通道差分振荡器结构,其中在传感通道器件声表面波传播路径上以磁控溅射法沉积钯镍薄膜,通过钯镍薄膜对氢气的快速和可逆物理吸附引起声表面波传播速度的变化,进而以差分振荡器频率信号来表征待测氢气浓度。通过传感实验以确定获得快速响应的钯镍的优化厚度。结果表明,在钯镍厚为40nm时,传感器获得的响应幅度与响应速度分别达5kHz和5s。     

基于FeGa薄膜的声表面波电流传感器设计

采用磁致伸缩薄膜FeGa作为敏感材料,优化设计了一种新型高灵敏声表面波(SAW)电流传感器。以中心频率150 MHz的延迟线型SAW器件作为传感元,利用射频(RF)磁控溅射法在其表面SAW传播路径上沉积FeGa磁性薄膜,由此构建SAW电流传感器件。将研制的传感器件接入由放大器及混频器组成的振荡电路中,通过与未镀膜参考器件进行差分,其输出信号用作传感信号。在电磁场作用下,FeGa薄膜产生的磁致伸缩效应引起SAW传播速度的改变,最终以相应的差分振荡频率偏移来评估施加的电流值。为进一步提升传感器性能,通过控制不同的溅射功率及退火热处理等制备工艺来确定优化的制备条件。实验结果表明,当FeGa薄膜厚度为500 nm,溅射功率为100 W,退火热处理温度为300℃时,所研制的电流传感器线性度及重复性良好,灵敏度较高(24.67 kHz/A)。     

基于电活性高分子声表面波CO气体传感器研究

为克服现有CO气体传感器精度低,工作温度高,成本高的缺点,对基于聚苯胺敏感膜的多层结构声表面波气体传感器进行了试验与理论研究,并推导了声表面波气体传感器的敏感作用公式.传感器采用声表面波双通道带延迟线的谐振器结构,将电活性高分子CO气体敏感材料(掺杂有In2O3的聚苯胺)覆盖在一条延迟线路上形成敏感膜(0.5～1.2μm).将此声表面波CO气体传感器放在CO气体中在-40～+85℃范围内进行测试实验,实验结果显示,该声表面波CO传感器的敏感性好,敏感速度和恢复速度快,精度高.     

高灵敏度硅酸镓镧声表面波压力传感器研究

为提高硅酸镓镧(LGS)声表面波(SAW)压力传感器的灵敏度,研究了一种采用点压式压力传递结构的SAW压力传感器。理论上采用压电微扰理论和有限元法结合,使用有限元法获得压力作用下LGS基片的应力、应变,并将该应力、应变量代入叠加偏载的电弹方程和一阶微扰方程,求得传感器的压力灵敏度。计算表明0~0.4 MPa压力范围内其归一化压力灵敏度为0.065×10-6/psi,与空腔结构LGS SAW压力传感器相比,该结构的灵敏度提高了约9倍。基于上述分析结构,制作了一种基于LGS(0°,138.5°,26.7°)的点压式压力传递结构的SAW传感器,实验结果和理论分析吻合。     

表面波飞机结冰传感器的研究

首先分析了覆盖冰层的各向同性半无限大弹性体中的声表面波(SAW),求得了声表面波波速与冰层厚度间的关系.结果表明,当冰层厚度为0时,求得的波速与没有冰层覆盖相对应的半无限大弹性体的声表面波波速相同;当冰层厚度不断增加时,求得的声表面波波速趋向于冰层中的波速.随后分析了基体是各向同性无限大弹性板的情况.计算结果表明,由于弹性板与冰层的相互作用,实际振动会出现多个声表面波模态和相应的波速.     

声表面波气体传感器的检测优化设计

介绍了声表面波气体传感器的检测原理.设计了传感器的驱动电路,把声表面波器件作为反馈回路中的一个感抗元件,使回路产生振荡,同时检测输出频率和幅度的变化,比以往单一检测频率的变化,提高了检测精度.采用基底为ST切石英延迟线型结构,镀上金属氧化物,测试了对二氧化氮的敏感特性.由于气体和氧化物的相互作用,输出频率和幅度均下降.当把测试箱打开放出气体,频率很快恢复到初始频率点,而幅度基本保持平稳.