【摘要】：磁偶極相互作用會調制軟磁材料的磁性能,進而影響其作為傳感器敏感元件時的實際應用,因而研究磁偶極相互作用的機理和影響要素對敏感元件結構設計和傳感器實際應用有重要意義。本文采用適當熱處理工藝優(yōu)化了聲磁標簽振動帶的磁性能,研究了多片疊帶的聲磁特性和偏磁場匹配隨條帶片數(shù)變化的規(guī)律。通過測量疊帶(OverR)N和異質結構(OverR)N/Bias R聲磁標簽(其中OverR、Bias R分別為振片和偏磁片)的磁滯回線揭示了條帶間的磁偶極相互作用,并采用磁偶極磁化模型分析了磁偶極相互作用對條帶反磁化過程的影響,以及與疊帶磁各向異性場的關系,解釋了多片條帶的聲磁特性和偏磁場匹配要求,探討了多片條帶結構參數(shù)對磁偶極相互作用、磁性能的影響。此外,通過設計(OverR)N和(OverR/I)N/Probe R兩種均質復合結構(其中OverR、Probe R為疊帶和探頭條帶,I為分隔絕緣層),分別利用橫向驅動和縱向驅動巨磁阻抗效應研究了FINEMET條帶間的偶極相互作用。結果表明,探頭條帶Probe R的橫向驅動巨磁阻抗效應和疊帶OverR的縱向驅動巨磁阻抗效應都與條帶間的磁偶極相互作用高度相關。論文主要研究內容和結果如下:1.磁偶極相互作用對聲磁標簽性能的影響(1)在復合結構聲磁標簽(OverR)N中,多片振片OverR之間的磁偶極作用場疊加在OverR的各向異性場上,使得聲磁標簽的各向異性場隨振片片數(shù)線性增大,導致磁機械共振峰對應的偏置場向高磁場方向移動。(2)振片OverR間距在0~1.0 mm范圍內變化時,磁偶極相互作用基本不受距離影響,在此范圍外,磁偶極相互作用開始減小。(3)復合結構聲磁標簽(OverR)N疊加偏磁片Bias R后,有效地揭示了振片OverR間的磁偶極場遞增、振片OverR對偏磁片Bias R的磁偶極場遞增都會使各自的磁化反轉點向高磁場移動。(4)用磁偶極磁化模型分析驗證了磁偶極場線性疊加在各向異性場上的關系,計算長38.5 mm、寬6 mm、厚0.03 mm的振動片間的磁偶極場約為1.60Oe,磁偶極相互作用幾何因子為2.00×10-4。2.磁偶極相互作用對FINEMET條帶橫向驅動巨磁阻抗效應的影響(1)在復合結構FINEMET條帶(OverR/I)N/Probe R中,橫向驅動巨磁阻抗效應探頭條帶Probe R有效地測到了由FINEMET疊帶(OverR/I)N的磁偶極場引起的平臺展寬。在10 MHz以內,橫向驅動巨磁阻抗曲線的峰位磁場移動和平臺展寬一致。磁偶極磁化模型分析表明,這是因為磁偶極場線性地疊加在了峰位場和平臺終點場上所致,計算長26 mm、寬0.6 mm、厚0.033 mm的疊帶產生的磁偶極場約為0.30 Oe,磁偶極相互作用幾何因子為2.42×10-5。磁偶極場使探頭條帶Probe R的有效磁導率降低,磁阻抗變化的特征頻率升高,最大磁阻抗變化率增大。(2)疊帶OverR與探頭條帶Probe R間距在0~0.7 mm范圍變化,基本不影響疊帶OverR對探頭條帶Probe R的磁偶極作用場;而相互作用隨疊帶OverR長度增加而減小,這是由相互作用系數(shù)增加所致。驅動電流在2~20 mA范圍變化,不影響探頭條帶Probe R測量疊帶OverR的磁偶極作用場;10 MHz以后,峰位場移動受渦流損耗、轉動阻尼的影響,不再能反映磁偶極相互作用,而平臺終點場移動不受影響。3.磁偶極相互作用對FINEMET條帶縱向驅動巨磁阻抗效應的影響(1)在復合結構FINEMET條帶(OverR)N中,疊帶OverR間的磁偶極作用導致條帶縱向驅動巨磁阻抗效應“鐘形”曲線整體展寬。磁偶極磁化模型分析表明,磁偶極作用場線性地疊加在了成核場和平臺終點場上,4 MHz時計算長30 mm、寬0.6 mm、厚0.033 mm的疊帶間的磁偶極場約為0.49 Oe,磁偶極相互作用幾何因子為3.95×10-5。磁偶極場作用使疊帶OverR的有效磁導率降低,磁阻抗變化的特征頻率升高,最大磁阻抗變化率增大。(2)疊帶OverR間的相互作用系數(shù)隨疊帶長度縮短而增大,使疊帶OverR產生的磁偶極場增大。驅動電流在0.3~3 mA范圍變化,不影響疊帶OverR間的磁偶極作用場;驅動頻率在10 k Hz~10 MHz范圍變化,成核場和平臺終點場處有不同的渦流損耗,二者均隨頻率升高而增大,但前者大于后者,各自反映的磁偶極場略有減小。4.磁偶極相互作用對巨磁阻抗傳感器性能的調制(1)試制了一種基于平面線圈的小型化巨磁阻抗傳感器,采用多磁芯保證了傳感器小型化后性能不變差,符合實用性要求。(2)多磁芯和磁芯間的磁偶極相互作用調制了傳感器的靈敏度和偏置磁場,5片磁芯的傳感器檢測距離最高可達3.0 mm,在輪速檢測領域具有較好的應用前景。
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212
【圖文】：

磁偶極相互作用示意圖

磁矩1m、2m同軸平行示意圖

磁矩1m、2m同軸反平行示意圖

【參考文獻】

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