采用石英音叉的磁傳感器研究.pdf

1、傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量中獲取信息的主要手段，磁傳感技術(shù)是傳感技術(shù)的重要分支，廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。超磁致伸縮材料Terfenol-D因具有磁-機(jī)轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于磁傳感器研究領(lǐng)域。但是采用層合方式的壓磁/壓電復(fù)合磁傳感器Q值較低，損耗較大，因此有必要研究新的結(jié)構(gòu)提高磁傳感器的Q值。
　　 石英音叉具有Q值高、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文研究了一種新型的高Q值磁性

2、薄膜/石英音叉/Terfenol-D復(fù)合磁傳感器，該磁傳感器包含磁性薄膜/石英音叉復(fù)合結(jié)構(gòu)、Terfenol-D、偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置三部分。Terfenol-D在磁場(chǎng)中因磁致伸縮效應(yīng)產(chǎn)生的形變驅(qū)動(dòng)偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置移動(dòng)，導(dǎo)致磁性薄膜/石英音叉復(fù)合結(jié)構(gòu)所受磁力發(fā)生變化，磁力變化導(dǎo)致石英音叉諧振頻率發(fā)生變化，通過檢測(cè)諧振頻率的變化量可以達(dá)到檢測(cè)磁場(chǎng)的目的。
　　 本論文主要研究工作如下：
　　 ①介紹了石英晶體的壓電效應(yīng)和振動(dòng)模

3、式、磁功能材料的種類和性能參數(shù)。描述了磁致伸縮材料的工作特性。
　　 ②研究了磁性薄膜/石英音叉磁傳感器，分析了磁傳感器的傳感原理。
　　 ③研究了磁致伸縮材料/石英音叉磁傳感器，利用磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)的檢測(cè)。
　　 ④研究了一種高Q值的磁性薄膜/石英音叉/Terfenol-D復(fù)合磁傳感器，它包括磁性薄膜/石英音叉復(fù)合結(jié)構(gòu)、Terfenol-D、偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置三部分。結(jié)合各部分的工作特性分析該

4、復(fù)合磁傳感器檢測(cè)外界靜磁場(chǎng)的基本原理。
　　 ⑤根據(jù)磁荷理論分析了磁鐵表面磁場(chǎng)分布，針尖和Terfenol-D的磁化對(duì)磁鐵磁場(chǎng)分布的影響。建立偏置磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的仿真模型，應(yīng)用Ansoft工程電磁場(chǎng)有限元分析軟件，分析針尖附近的磁場(chǎng)分布。
　　 ⑥構(gòu)建石英音叉復(fù)合磁傳感器測(cè)試系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試石英音叉復(fù)合磁傳感器諧振頻率和Q值的變化量，得到了石英音叉諧振頻率變化量與外部靜態(tài)磁場(chǎng)的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：通過檢測(cè)復(fù)合磁