具有氣敏涂層的超磁致伸縮薄膜特性及其在氣體檢測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、氣敏傳感器廣泛地應(yīng)用于有毒氣體、可燃?xì)怏w、溫室效應(yīng)氣體、工業(yè)廢氣等氣體濃度的監(jiān)控與檢測(cè)中。具有氣敏涂層的超磁致伸縮薄膜(GMF)在低磁場的驅(qū)動(dòng)下，顯現(xiàn)出強(qiáng)磁致伸縮效應(yīng)、高機(jī)電耦合系數(shù)、高響應(yīng)速度、高靈敏度、非接觸式驅(qū)動(dòng)、易于集成化、微型化等優(yōu)點(diǎn)，使其在檢測(cè)復(fù)雜惡劣環(huán)境中的氣體濃度時(shí)，不僅可以保證檢測(cè)人員的安全，而且具有很高的精度和靈敏度，因而在氣敏微傳感器領(lǐng)域中顯示出良好的應(yīng)用前景。具有氣敏涂層的GMF的動(dòng)態(tài)特性、驅(qū)動(dòng)方法及檢測(cè)原理是其

2、在氣體檢測(cè)傳感器中應(yīng)用的前提。本論文在設(shè)計(jì)了一套具有氣敏涂層的GMF驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，深入分析了具有氣敏涂層的GMF靜動(dòng)態(tài)特性，探索性地研究了其在氣體檢測(cè)中的應(yīng)用，為GMF微傳感器的研究及氣體濃度的檢測(cè)提供了新的途徑和思路。 本文介紹了磁致伸縮現(xiàn)象與機(jī)理，分析了薄膜的性能、磁致伸縮的影響因素及懸臂梁式GMF的振動(dòng)模型，為傳感器設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。并對(duì)制備的銅基正負(fù)超磁致伸縮復(fù)合薄膜的表面形貌和磁化性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 針

3、對(duì)具有氣敏涂層的GMF對(duì)驅(qū)動(dòng)磁場的要求，設(shè)計(jì)了一種赫姆霍茨線圈，并對(duì)該線圈進(jìn)行了功率優(yōu)化，對(duì)磁場軸向和徑向的均勻度進(jìn)行了理論計(jì)算和ANSYS仿真。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該線圈提供的驅(qū)動(dòng)磁場具有很高的軸向、徑向均勻度和足夠的強(qiáng)度。同時(shí)，分析了驅(qū)動(dòng)磁場的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度與驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，研究比較了甩膠前后的超磁致伸縮薄膜的靜動(dòng)態(tài)特性，為進(jìn)一步研究具有氣敏涂層的GMF在氣體檢測(cè)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 鑒于具有氣敏涂層的GMF的諸多優(yōu)

4、點(diǎn)，將其應(yīng)用到氣體濃度的檢測(cè)研究中。論文介紹了該氣體的檢測(cè)原理，并通過實(shí)驗(yàn)分析了具有氣敏涂層的GMF對(duì)氣體濃度的響應(yīng)情況，得到了基于GMF的氣體傳感器的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。同時(shí)以乙酸氣體濃度的檢測(cè)為例，驗(yàn)證了該GMF氣體傳感器具有響應(yīng)速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。 研制的具有氣敏涂層的GMF，在所設(shè)計(jì)的高均勻度、高強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)磁場中表現(xiàn)了良好的靜動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用其設(shè)計(jì)的氣體傳感器對(duì)氣體濃度有很好的響應(yīng)，研究結(jié)果為超磁致伸縮薄膜的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)