分析和測試了超磁致伸縮材料剩磁效應對動態(tài)磁機特性以及磁場傳感特性的影響,提出了一種具有自偏置功能的SmFe₂/PZT多鐵異質結構。利用負超磁致伸縮材料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、楊氏模量及品質因數等反映動態(tài)磁機特性的參數都表現出滯回特性,并從微磁學180°疇璧能量的角度分析了各個參數滯回特性產生的根源。研究結果表明,僅依靠材料剩磁的作用下,SmFe₂/PZT異質結構在反諧振頻率點120 kHz和非反諧振頻率點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電流之間呈近似線性變化關系,具有較好的線性度。所提出的SmFe₂/PZT多鐵異質結構擺脫了傳統磁電傳感器對外加永磁體作為偏置磁場的束縛,減小了封裝磁傳感器件的體積,有利于實現器件的微型化,并具有制作簡單、成本低以及靈敏度高等優(yōu)點。 

【文章來源】：河南農業(yè)大學學報. 2017年02期 北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

SmFe2樣片在各偏置磁場下的動態(tài)壓磁系譜

性磁致伸縮材料在零靜態(tài)偏置磁場時只有交變磁場激勵，此時表征主要磁能損耗參數的粘滯性磁導率μ″最小，而用于描述靜態(tài)磁場的彈性磁導率μ'幾乎不發(fā)生改變［35］。根據式(1)知此時材料的磁損耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且機械品質因數Qm達到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁損耗系數，σ和μ分別表示材料在頻率f下的電導率和磁導率，d為磁致伸縮薄片的厚度。彈性磁導率和粘滯磁導率分別表示為μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。圖2SmFe2片在諧振態(tài)下的動態(tài)壓磁系數隨偏置磁場的變化曲線Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive圖3SmFe2樣片機械品質因數隨偏置磁場的變化曲線Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于經磁化后的SmFe2磁致伸縮片的μ″變得更小，因此機械品質因數整體高于初始磁化時的機械品質因數，以0點處的靜態(tài)偏置磁場的機械品質因數為例，具有剩磁的機械品質因數提高了約30%。因此，宏觀渦流和微觀渦流引起的損耗要遠小于靜滯后型損耗，而靜滯后型損耗是機械品質因數強依賴于偏置磁場并產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的變化曲線，其中的數據由SmFe2片的動態(tài)壓磁系譜計算公式得到。正磁場表示施加磁場方向與SmFe2片的易磁化方向相同，負磁場表示施加磁場方向與SmFe2片的易磁化方向相反。給長度易磁化方向的SmFe2樣片先由小到大施加正向磁場，在此階段楊氏模量與偏置磁場呈近似線性關系變化。繼續(xù)增大正磁場超過鐵磁的矯頑場SmFe2片

。根據式(1)知此時材料的磁損耗角(δ=tan－1(μ″/μ'))最小而且機械品質因數Qm達到最大。Qm=μ'μ″=3a2πfμ0μd2σ(1)式中:a表示磁損耗系數，σ和μ分別表示材料在頻率f下的電導率和磁導率，d為磁致伸縮薄片的厚度。彈性磁導率和粘滯磁導率分別表示為μ'=aμ0μ和μ″=(2πμ20μ2d2σf)/3。圖2SmFe2片在諧振態(tài)下的動態(tài)壓磁系數隨偏置磁場的變化曲線Fig．2DynamicpiezomagneticcoefficientsofSmFe2plateasafunctionofbiasfieldunderresonancedrive圖3SmFe2樣片機械品質因數隨偏置磁場的變化曲線Fig．3MechanicalqualityfactorofSmFe2plateasafunctionofbiasfield值得注意的是，由于經磁化后的SmFe2磁致伸縮片的μ″變得更小，因此機械品質因數整體高于初始磁化時的機械品質因數，以0點處的靜態(tài)偏置磁場的機械品質因數為例，具有剩磁的機械品質因數提高了約30%。因此，宏觀渦流和微觀渦流引起的損耗要遠小于靜滯后型損耗，而靜滯后型損耗是機械品質因數強依賴于偏置磁場并產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的變化曲線，其中的數據由SmFe2片的動態(tài)壓磁系譜計算公式得到。正磁場表示施加磁場方向與SmFe2片的易磁化方向相同，負磁場表示施加磁場方向與SmFe2片的易磁化方向相反。給長度易磁化方向的SmFe2樣片先由小到大施加正向磁場，在此階段楊氏模量與偏置磁場呈近似線性關系變化。繼續(xù)增大正磁場超過鐵磁的矯頑場SmFe2片開始被反向磁化，楊氏模量由正增長轉為遞減。在700Oe時基本達到反向完全磁化。再減小正磁場時楊氏模量線性減小至0。將SmFe2片反向施加負磁場時由于SmFe2片已?

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



本文編號：2926977