超磁致伸縮材料與SAW諧振器復(fù)合磁傳感器研究.pdf

1、磁傳感器應(yīng)用廣泛，由起初用于磁場(chǎng)檢測(cè)發(fā)展到應(yīng)用于磁場(chǎng)相關(guān)的各種物理量的間接測(cè)量或控制。隨著新型磁性材料的出現(xiàn)，磁傳感技術(shù)不斷發(fā)展。超磁致伸縮材料Terfenol-D磁-機(jī)轉(zhuǎn)換效率高、能量密度大、響應(yīng)速度快。聲表面波(SAW)諧振器輸出頻率穩(wěn)定、體積小，能用于檢測(cè)壓力、加速度等各種力學(xué)量。本文研究了一種由Terfenol-D和SAW諧振器構(gòu)成的復(fù)合磁傳感器，在磁場(chǎng)作用下，Terfenol-D發(fā)生磁致伸縮，并將由伸縮產(chǎn)生的應(yīng)力傳遞至與其復(fù)合

2、的SAW諧振器上，引起諧振器諧振頻率改變，通過(guò)測(cè)量諧振頻率變化量來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度。與傳統(tǒng)磁傳感器相比，Terfenol-D/SAW諧振器復(fù)合磁傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可以無(wú)源工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感，在磁場(chǎng)測(cè)量領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本論文的主要研究工作如下：
　　1.分析了SAW諧振器基片的應(yīng)力敏感機(jī)理以及SAW諧振器諧振頻率與基片應(yīng)變的關(guān)系；結(jié)合Terfenol-D的工作原理和模式，研究了復(fù)合磁傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用兩片T

3、erfenol-D夾持SAW諧振器構(gòu)成磁傳感器的敏感單元結(jié)構(gòu)。
　　2.建立了Terfenol-D/SAW諧振器復(fù)合磁傳感器的靜態(tài)模型，對(duì)彈性敏感元件Terfenol-D和SAW諧振器進(jìn)行受力分析，采用有限元軟件ANSYS對(duì)SAW基片進(jìn)行受力仿真；結(jié)合壓磁方程和受力平衡，分析了復(fù)合磁傳感器在靜態(tài)磁場(chǎng)下的輸出響應(yīng)，得到SAW諧振器諧振頻率變化量與被測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系。研究表明：Terfenol-D/SAW諧振器復(fù)合磁傳感器的靜態(tài)靈敏度

4、與 Terfenol-D的壓磁系數(shù)、Terfenol-D與SAW諧振器的長(zhǎng)度比、截面積比有關(guān)。
　　3.構(gòu)建了磁傳感器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)Terfenol-D/SAW諧振器復(fù)合磁傳感器的靜態(tài)特性和磁滯特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，得到了SAW諧振器諧振頻率變化量與被測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)及其磁滯特性曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：壓磁系數(shù)與磁場(chǎng)的非線(xiàn)性關(guān)系導(dǎo)致Terfenol-D/SAW諧振器復(fù)合磁傳感器的輸出與磁場(chǎng)的關(guān)系為非線(xiàn)性；該磁傳感器的靜態(tài)靈敏度為4