本文關(guān)鍵詞：基于阻抗法的共振型磁彈性傳感器阻抗—頻率響應(yīng)應(yīng)用模型研究

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【摘要】：磁彈性傳感器是一種基于新型超磁致伸縮材料的諧振傳感器,其信號的激發(fā)和傳遞都是通過磁場耦合進行的。它具有無線、無源、體積小、靈敏度高等特點,因而在無損檢測、生物在體檢測等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前針對磁彈性傳感器的檢測理論研究日益增多,但這些研究大多集中于傳感器的振動特性及具體應(yīng)用特性的分析,較少考慮材料的磁化狀態(tài)、尺寸等自身因素對傳感器響應(yīng)的影響,而實際應(yīng)用中這些因素對傳感器響應(yīng)的影響較大。鑒于此,本文提出基于阻抗法的磁彈性傳感器應(yīng)用模型,旨在基于現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)上通過分析傳感器自身因素對傳感器響應(yīng)的影響來更好的指導(dǎo)傳感器的設(shè)計和實際應(yīng)用。首先通過分析外磁場對磁彈性傳感器的作用推導(dǎo)出傳感器的應(yīng)變和狀態(tài)方程;然后根據(jù)傳感器振動特性推導(dǎo)出傳感器的阻抗響應(yīng);最后通過阻抗響應(yīng)的等效電路分析傳感器的響應(yīng)特性參數(shù);從而最終初步建立了一個包含偏置磁場、交流激勵磁場等實際控制因素和傳感器尺寸等本征特征在內(nèi)的阻抗-頻率響應(yīng)應(yīng)用模型。為了檢驗?zāi)Ｐ偷恼_性,從偏置磁場、交流激勵磁場、尺寸、質(zhì)量負(fù)載四個方面對傳感器展開了實驗研究,實驗結(jié)果與模型基本吻合,并且從模型和實驗結(jié)果可知,實際應(yīng)用中可以通過設(shè)置偏置磁場來提高傳感器的響應(yīng)、能量轉(zhuǎn)換率和質(zhì)量敏感度;可以通過設(shè)置交流激勵磁場來降低傳感器的磁滯失真并提高響應(yīng),并且可以通過合理提高傳感器的長度和寬度來提高傳感器的響應(yīng),等等。這些充分說明了模型的實用性,可通過模型指導(dǎo)磁彈性傳感器的設(shè)計和實際應(yīng)用,并初步分析和解決應(yīng)用中所遇到的問題。最后根據(jù)模型和實驗研究結(jié)果對課題組現(xiàn)有的磁彈性系統(tǒng)軟件進行了優(yōu)化,在原有功能的基礎(chǔ)上增加了最佳偏置磁場自動測定、傳感器阻抗響應(yīng)參數(shù)計算等功能,簡化了磁彈性檢測設(shè)置操作步驟,使磁彈性檢測平臺更加自動化、智能化,方便實驗和進一步應(yīng)用研究的開展。
【關(guān)鍵詞】：磁彈性傳感器 阻抗-頻率響應(yīng)應(yīng)用模型 實驗研究 軟件優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-19
• 1.1 項目研究背景9-13
• 1.1.1 磁致伸縮效應(yīng)及物理機制9-12
• 1.1.2 磁致伸縮材料及磁彈性傳感器12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3 課題研究意義、目的與主要內(nèi)容17-19
• 1.3.1 課題研究意義17
• 1.3.2 課題研究目的17
• 1.3.3 本文主要內(nèi)容17-19
• 2 基于阻抗法的磁彈性傳感器應(yīng)用模型19-37
• 2.1 磁彈性傳感器的應(yīng)變分析19-22
• 2.1.1 偏置磁場和交流激勵磁場作用下的磁致伸縮應(yīng)變19-20
• 2.1.2 磁彈性傳感器應(yīng)變與△E效應(yīng)20-22
• 2.2 磁-機耦合系數(shù)與狀態(tài)方程22-23
• 2.2.1 磁-機耦合系數(shù)22-23
• 2.2.2 狀態(tài)方程23
• 2.3 磁彈性傳感器共振特性分析23-27
• 2.3.1 振動方程23-26
• 2.3.2 邊界條件26-27
• 2.4 螺線管線圈阻抗分析及等效電路27-31
• 2.4.1 螺線管線圈阻抗28-30
• 2.4.2 等效電路30-31
• 2.5 傳感器阻抗響應(yīng)特征參數(shù)31-34
• 2.5.1 共振頻率和反共振頻率32-33
• 2.5.2 共振峰值33
• 2.5.3 質(zhì)量因數(shù)33-34
• 2.6 磁彈性質(zhì)量傳感器34-35
• 2.7 本章小結(jié)35-37
• 3 模型的實驗研究37-53
• 3.1 實驗平臺與傳感器芯片37-41
• 3.1.1 實驗平臺37-40
• 3.1.2 磁彈性傳感器芯片40-41
• 3.2 偏置磁場對傳感器阻抗響應(yīng)的影響41-43
• 3.2.1 實驗方法41-42
• 3.2.2 結(jié)果與討論42-43
• 3.3 交流激勵對傳感器阻抗響應(yīng)的影響43-45
• 3.3.1 實驗方法44
• 3.3.2 結(jié)果與討論44-45
• 3.4 長度對傳感器阻抗響應(yīng)的影響45-47
• 3.4.1 實驗方法45-46
• 3.4.2 結(jié)果與討論46-47
• 3.5 寬度對傳感器阻抗響應(yīng)的影響47-49
• 3.5.1 實驗方法47-48
• 3.5.2 結(jié)果與討論48-49
• 3.6 質(zhì)量負(fù)載實驗49-51
• 3.6.1 實驗準(zhǔn)備49
• 3.6.2 實驗方法49-50
• 3.6.3 結(jié)果與討論50-51
• 3.7 本章小結(jié)51-53
• 4 基于應(yīng)用模型的軟件優(yōu)化53-67
• 4.1 優(yōu)化設(shè)計53-56
• 4.1.1 現(xiàn)有平臺問題分析53-54
• 4.1.2 優(yōu)化設(shè)計54-56
• 4.2 優(yōu)化實現(xiàn)56-64
• 4.2.1 軟件開發(fā)技術(shù)56
• 4.2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計56-61
• 4.2.3 最佳偏置磁場自動識別61-63
• 4.2.4 參數(shù)計算63-64
• 4.3 功能展示64-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 5 總結(jié)與展望67-69
• 5.1 本文總結(jié)67-68
• 5.2 對進一步工作的展望68-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75
• A 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文75
• B 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參加的項目75

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本文編號：1091384