分析和測(cè)試了超磁致伸縮材料剩磁效應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)磁機(jī)特性以及磁場(chǎng)傳感特性的影響,提出了一種具有自偏置功能的SmFe₂/PZT多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)。利用負(fù)超磁致伸縮材料SmFe₂兼有明顯鐵磁性和磁致伸縮性雙重特型,在材料磁滯和剩磁的作用下其壓磁系數(shù)、楊氏模量及品質(zhì)因數(shù)等反映動(dòng)態(tài)磁機(jī)特性的參數(shù)都表現(xiàn)出滯回特性,并從微磁學(xué)180°疇璧能量的角度分析了各個(gè)參數(shù)滯回特性產(chǎn)生的根源。研究結(jié)果表明,僅依靠材料剩磁的作用下,SmFe₂/PZT異質(zhì)結(jié)構(gòu)在反諧振頻率點(diǎn)120 kHz和非反諧振頻率點(diǎn)1 kHz的靈敏度分別為0.86 V·Oe^-1和1.2 mV·Oe^-1,且磁電電壓輸出與施加激勵(lì)電流之間呈近似線性變化關(guān)系,具有較好的線性度。所提出的SmFe₂/PZT多鐵異質(zhì)結(jié)構(gòu)擺脫了傳統(tǒng)磁電傳感器對(duì)外加永磁體作為偏置磁場(chǎng)的束縛,減小了封裝磁傳感器件的體積,有利于實(shí)現(xiàn)器件的微型化,并具有制作簡(jiǎn)單、成本低以及靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。 

【文章來(lái)源】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017年02期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

SmFe2樣片在各偏置磁場(chǎng)下的動(dòng)態(tài)壓磁系譜

性磁致伸縮材料在零靜態(tài)偏置磁場(chǎng)時(shí)只有交變磁場(chǎng)激勵(lì)，此時(shí)表征主要磁能損耗參數(shù)的粘滯性磁導(dǎo)率μ″最小，而用于描述靜態(tài)磁場(chǎng)的彈性磁導(dǎo)率μ'幾乎不發(fā)生改變［35］。根據(jù)式(1)知此時(shí)材料的磁損耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm達(dá)到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁損耗系數(shù)，σ和μ分別表示材料在頻率f下的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，d為磁致伸縮薄片的厚度。彈性磁導(dǎo)率和粘滯磁導(dǎo)率分別表示為μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。圖2SmFe2片在諧振態(tài)下的動(dòng)態(tài)壓磁系數(shù)隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive圖3SmFe2樣片機(jī)械品質(zhì)因數(shù)隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于經(jīng)磁化后的SmFe2磁致伸縮片的μ″變得更小，因此機(jī)械品質(zhì)因數(shù)整體高于初始磁化時(shí)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，以0點(diǎn)處的靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)為例，具有剩磁的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)提高了約30%。因此，宏觀渦流和微觀渦流引起的損耗要遠(yuǎn)小于靜滯后型損耗，而靜滯后型損耗是機(jī)械品質(zhì)因數(shù)強(qiáng)依賴于偏置磁場(chǎng)并產(chǎn)生滯回特性的主要原因。圖4為SmFe2磁致伸縮片的楊氏模量隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線，其中的數(shù)據(jù)由SmFe2片的動(dòng)態(tài)壓磁系譜計(jì)算公式得到。正磁場(chǎng)表示施加磁場(chǎng)方向與SmFe2片的易磁化方向相同，負(fù)磁場(chǎng)表示施加磁場(chǎng)方向與SmFe2片的易磁化方向相反。給長(zhǎng)度易磁化方向的SmFe2樣片先由小到大施加正向磁場(chǎng)，在此階段楊氏模量與偏置磁場(chǎng)呈近似線性關(guān)系變化。繼續(xù)增大正磁場(chǎng)超過(guò)鐵磁的矯頑場(chǎng)SmFe2片

。根據(jù)式(1)知此時(shí)材料的磁損耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm達(dá)到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁損耗系數(shù)，σ和μ分別表示材料在頻率f下的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率，d為磁致伸縮薄片的厚度。彈性磁導(dǎo)率和粘滯磁導(dǎo)率分別表示為μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。圖2SmFe2片在諧振態(tài)下的動(dòng)態(tài)壓磁系數(shù)隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive圖3SmFe2樣片機(jī)械品質(zhì)因數(shù)隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于經(jīng)磁化后的SmFe2磁致伸縮片的μ″變得更小，因此機(jī)械品質(zhì)因數(shù)整體高于初始磁化時(shí)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)，以0點(diǎn)處的靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)為例，具有剩磁的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)提高了約30%。因此，宏觀渦流和微觀渦流引起的損耗要遠(yuǎn)小于靜滯后型損耗，而靜滯后型損耗是機(jī)械品質(zhì)因數(shù)強(qiáng)依賴于偏置磁場(chǎng)并產(chǎn)生滯回特性的主要原因。圖4為SmFe2磁致伸縮片的楊氏模量隨偏置磁場(chǎng)的變化曲線，其中的數(shù)據(jù)由SmFe2片的動(dòng)態(tài)壓磁系譜計(jì)算公式得到。正磁場(chǎng)表示施加磁場(chǎng)方向與SmFe2片的易磁化方向相同，負(fù)磁場(chǎng)表示施加磁場(chǎng)方向與SmFe2片的易磁化方向相反。給長(zhǎng)度易磁化方向的SmFe2樣片先由小到大施加正向磁場(chǎng)，在此階段楊氏模量與偏置磁場(chǎng)呈近似線性關(guān)系變化。繼續(xù)增大正磁場(chǎng)超過(guò)鐵磁的矯頑場(chǎng)SmFe2片開始被反向磁化，楊氏模量由正增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為遞減。在700Oe時(shí)基本達(dá)到反向完全磁化。再減小正磁場(chǎng)時(shí)楊氏模量線性減小至0。將SmFe2片反向施加負(fù)磁場(chǎng)時(shí)由于SmFe2片已?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型多鐵層合異質(zhì)結(jié)及其在可調(diào)微波器件中的應(yīng)用[J]. 劉明.  科學(xué)通報(bào). 2014(36)
[2]考慮損耗的磁致/壓電層合材料諧振磁電響應(yīng)分析[J]. 楊帆,文玉梅,李平,鄭敏,卞雷祥.  物理學(xué)報(bào). 2007(06)



本文編號(hào)：2926977