傳感器技術(shù)作為信息產(chǎn)業(yè)三大技術(shù)之一,是兵器裝備產(chǎn)業(yè)信息化中的重要一環(huán),在國防工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。磁傳感器技術(shù)是傳感器技術(shù)的一種,也是其重要分支之一。本文將磁致伸縮材料與音叉諧振器復(fù)合,設(shè)計磁致伸縮/音叉諧振器復(fù)合的諧振式磁傳感器,利用磁致伸縮力作用到音叉諧振器,引起音叉諧振器頻率偏移,該原理設(shè)計的諧振式磁傳感器可具有高Q值、低功耗、數(shù)字頻率輸出等特點。通過理論分析、COMSOL有限元軟件仿真、實驗驗證等手段,對磁致伸縮/音叉諧振器復(fù)合諧振式傳感器原理進行了分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化。本論文的主要研究工作如下:1)介紹了磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的機理、磁致伸縮材料的性能及有限元仿真方法;2)采用梁振動微分方程分析了音叉諧振器在軸向力作用下的固有頻率變化特性,進行了數(shù)值計算。采用COMSOL有限元分析軟件對三梁音叉諧振器的模態(tài)進行了分析,并對優(yōu)選模態(tài)下固有頻率隨外力變化的固有頻率進行了仿真和對比。3)采用COMSOL有限元分析軟件對設(shè)計的磁致伸縮/音叉諧振器復(fù)合磁傳感器結(jié)構(gòu)的磁致伸縮力傳遞特性和磁致伸縮力-頻率轉(zhuǎn)換特性進行了分析,結(jié)果表明:對于單層結(jié)構(gòu),由于結(jié)構(gòu)非對稱性產(chǎn)生彎矩,磁致伸縮力引起結(jié)構(gòu)彎曲... 

【文章來源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２?ＳＩＳ結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖Ｍ??２７

Ｓ．Ｘ．Ｄｏｎｇ等人又針對小直流磁場的測量設(shè)計了一種繞有多匝線圈的磁電復(fù)合傳感??器。利用多匝交流線圈提供激勵，磁致伸縮／壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)作為敏感元件，因為磁電系數(shù)??強依賴于偏置磁場，所以通過輸出電壓就可以完成對直流磁場的測量，其示意圖如圖１．２??所示。實驗結(jié)果顯示：ｌ〇ｅ交流磁場激勵下，可以完成對小于１０ｅ直流磁場的測量。??ＣｏＵ?…各一??丨丨丨嗎出＾—°??ＰＺＴ?ＶＴ?ｌｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ??ｌａｙｅｒ?２?ｌａｙｅｒ??圖１．３用于測小直流磁場的磁電復(fù)合傳感器模型??此外，其團隊針對兩層或三層的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)磁電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓會隨著頻率的降??低急劇的減小的現(xiàn)象，設(shè)計了一種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ＭＬＣｓ），用以??檢測低頻磁場。ＭＬＣｓ結(jié)構(gòu)包含了?５層ＰＭＮ－ＰＴ壓電層，每層壓電層被包含在兩層??Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ層中間，形成三明治結(jié)構(gòu)。其結(jié)果顯示ＭＬＣ傳感器測量磁場的極限頻率可??以達到大約５ｘｌ〇＿３Ｈ屮２］。該傳感器設(shè)計可用于對低頻磁場測量靈敏度要求較高的領(lǐng)域，??如磁異常測量。２０１２年，Ｓｔｅｐｈａｎ?Ｍａｒａｕｓｋａ等人設(shè)計了一種使用ＭＥＭＳ技術(shù)加工的磁??電復(fù)合傳感器［３３］。該傳感器使用ＭＥＭＳ技術(shù)制作了堆積磁電復(fù)合材料的懸臂梁結(jié)構(gòu)。??實驗發(fā)現(xiàn)

致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生是由于材料的磁化狀態(tài)改變。該過程線性。所以實際工程應(yīng)用中通常需要加偏置磁場，使磁致伸縮材料磁疇轉(zhuǎn)動會發(fā)生摩擦，從來會導(dǎo)致磁滯異性導(dǎo)致磁疇轉(zhuǎn)動會存在滯后時間。??Ａ?Ｅ效應(yīng)是指鐵磁材料的彈性模量Ｅ隨外磁場變化，除了材料本身正常的應(yīng)變外，磁疇轉(zhuǎn)動和自發(fā)磁化中鐵磁材料的楊氏模量發(fā)生變化。??由于磁致伸縮材料在正負磁場的作用下都會產(chǎn)生變形，交變磁場頻率的兩倍，這種特性稱為“倍頻”特性。??。由于磁彈性能的作用，給材料施加一定的預(yù)應(yīng)力，

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