超磁致伸縮材料與SAW諧振器復合磁傳感器研究.pdf

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

2、的SAW諧振器上，引起諧振器諧振頻率改變，通過測量諧振頻率變化量來測量磁場強度。與傳統(tǒng)磁傳感器相比，Terfenol-D/SAW諧振器復合磁傳感器結構簡單、成本低，可以無源工作，實現(xiàn)無線傳感，在磁場測量領域具有廣泛的應用前景。
　　本論文的主要研究工作如下：
　　1.分析了SAW諧振器基片的應力敏感機理以及SAW諧振器諧振頻率與基片應變的關系；結合Terfenol-D的工作原理和模式，研究了復合磁傳感器的結構設計，采用兩片T

3、erfenol-D夾持SAW諧振器構成磁傳感器的敏感單元結構。
　　2.建立了Terfenol-D/SAW諧振器復合磁傳感器的靜態(tài)模型，對彈性敏感元件Terfenol-D和SAW諧振器進行受力分析，采用有限元軟件ANSYS對SAW基片進行受力仿真；結合壓磁方程和受力平衡，分析了復合磁傳感器在靜態(tài)磁場下的輸出響應，得到SAW諧振器諧振頻率變化量與被測磁場強度的關系。研究表明：Terfenol-D/SAW諧振器復合磁傳感器的靜態(tài)靈敏度

4、與 Terfenol-D的壓磁系數(shù)、Terfenol-D與SAW諧振器的長度比、截面積比有關。
　　3.構建了磁傳感器的實驗測試系統(tǒng)，通過對Terfenol-D/SAW諧振器復合磁傳感器的靜態(tài)特性和磁滯特性測試實驗，得到了SAW諧振器諧振頻率變化量與被測磁場強度的關系曲線及其磁滯特性曲線。實驗結果表明：壓磁系數(shù)與磁場的非線性關系導致Terfenol-D/SAW諧振器復合磁傳感器的輸出與磁場的關系為非線性；該磁傳感器的靜態(tài)靈敏度為4