基于磁场传感器的层状磁电复合振子磁阻抗效应

运用磁电耦合理论及等效电路法对磁致伸缩/压电三层和五层磁电复合振子的磁阻抗效应进行了理论和实验研究.理论研究表明,由磁致伸缩导致的压电振子内应力的改变,引起磁电复合振子的磁阻抗效应.实验结果显示,无论是在磁电复合振子的谐振还是反谐振频率,五层磁电复合振子的磁阻抗明显大于三层复合振子的磁阻抗.利用等效电路分析了该实验结果,并运用复合材料磁电耦合的乘积效应解释了磁阻抗产生的原因.测试结果显示,在谐振和反谐振频率下,五层串联复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为46.9%和60%,而三层复合振子的磁阻抗ΔZ/Z最大值分别为13%和30.2%.由实验结果计算得出三层和五层磁电复合振子的磁分辨率分别可达2.2×10-10 T·μΩ-1和2.5×10-11 T·μΩ-1.研究结果为磁电复合振子在磁异常探测传感器中的应用提供了实验及理论基础,并有助于优化以层状磁电复合振子为核心的磁场传感器的结构.     

电容型磁阻抗效应的退磁因子影响研究

研究了室温下磁致伸缩材料的退磁因子对磁电复合振子磁阻抗效应的影响.设计了长方体和四方体两种磁致伸缩板与相同压电板构成磁电复合振子,在磁电复合振子谐振和反谐振频率下,研究了退磁因子对其磁阻抗、磁电容、磁电感的影响.在谐振频率下,磁电复合振子的阻抗、电容、电感随磁场的变化趋势基本相似,但磁致伸缩为长方体时,磁电复合振子的阻抗、电容、电感达到饱和所需磁场明显小于磁致伸缩为四方体的复合振子达到饱和所需磁场.在反谐振频率下,退磁因子对阻抗和电感随磁场变化的影响与谐振频率基本相同,但退磁因子对磁电容的影响行为明显不同,四方体的磁电复合振子电容在H=1 600 Oe和H=1 700 Oe之间出现震荡,磁电容高达44 000%,而长方体复合振子没有振荡现象.从磁学的观点,理论分析了退磁因子对磁电复合振子磁阻抗效应的影响,该研究为磁场传感器在低磁场探测方面提供了实验及理论基础.     

磁电复合振子PbZr_(0.48)Ti_(0.52)O_3/Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)的电容型磁阻抗效应

谐振频率及阻抗匹配是压电换能器中十分重要的参数.基于压电陶瓷圆环Pb Zr_(0.48)Ti_(0.52)O_3(PZT)和磁致伸缩材料铽镝铁Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)(TDF)构成"环-环"磁电复合振子,实验研究磁场作用下,由磁电复合振子的有效介电常数变化引起的电容型磁阻抗以及磁控谐振频率偏移效应.实验结果显示,谐振频率和反谐振频率下的磁阻抗可达18%、32%;当磁场为800 m T时,谐振及反谐振频率的最大偏移量约为9 k Hz.利用复合材料的磁-力-电耦合效应,对电容型磁阻抗及磁控谐振频率偏移进行了理论分析.本研究为解决压电换能器谐振频率的漂移问题及阻抗匹配提供了实验及理论基础.     

环/柱结构磁电复合振子的磁控谐振频率偏移

从磁电耦合的角度,探讨磁场对环/柱结构压电/磁致伸缩复合振子谐振频率的调控作用.利用磁致伸缩Tb_xDy_(1-x)Fe_(2-y)(TDF)和压电材料Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)构成的环柱磁电复合结构,分别从理论和实验两方面研究了磁场对复合振子谐振频率的影响.从压电相和磁致伸缩材相的本构方程出发,理论推导了压电相电容与磁场、谐振频率和材料参数的函数关系,数值模拟了环/柱状磁电复合振子的基频和一级谐振频率随磁场的变化;实验研究了环/柱状复合振子的谐振频率随磁场的偏移规律,即复合振子的基频和一级谐振频率都随磁场的增加先向高频偏移然后又转向低频方向偏移.当磁场为200 Oe时,谐振频率偏移量达到最大值,分别为9.50 kHz和3.50 kHz;数值模拟谐振频率偏移量与实验基本吻合.     

PZT在NZFO环状复合下的磁电容与磁电感

实验研究了室温(300 K)下的锆钛酸铅(PZT)与镍锌铁氧体(NZFO)环状复合结构磁电耦合效应。在谐振频率附近,环状复合的PZT的磁电容效应比层状结构的高出许多,且出现了负电容。实验引入PZT的等效模型与磁电感ML用于阐明PZT在谐振频率处,负电容产生的机理以及磁电容与磁电感具有互补的特性。     

纵向极化与磁化的压电/磁伸材料磁电效应理论及实验

将磁致伸缩材料及压电材料的本构方程与运动方程相结合, 考虑到压电材料具有高输出阻抗特点及测试仪器的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响, 给出了纵向极化压电材料与纵向磁化的Terfenol-D 巨磁伸材料形成的磁电元件的磁电效应理论. 研制了由六根一维磁伸材料构成的磁电元件并对其磁电效应性能进行了测试. 与前人的理论结果比较可见考虑测试系统有限输入阻抗及电缆电容后建立的磁电效应理论与实验结果更吻合.传输信号的电缆电容及测试仪器输入阻抗对检测结果产生很大的影响,它可用于解释实际中检测到的电压远小于开路电压理论结果的原因.开路下纵向极化磁电元件磁灵敏度的理论值达6 V/Oe(1 Oe=79.6 A/m),而仪器实际检测到的磁灵敏度(电压转换系数)仅为数百毫伏每奥.     

纵向驱动巨磁阻抗效应的解释

测定了Fe73 Cu1 Nb1 .5V2 Si1 3 .5B9纳米微晶带纵向驱动磁阻抗的相频曲线和不同频率的相位随外磁场变化的曲线 .从相频曲线的峰位可确定出样品趋肤效应的临界频率 .从临界频率随外磁场的变化 ,解释了纵向驱动巨磁阻抗效应与趋肤效应的关系 .从不同频率驱动场下磁阻抗的相位随外磁场变化的规律得出 ,低频纵向驱动巨磁阻抗效应是磁电感效应 ,与磁损耗相应的 μ″随外磁场的变化是引起高频纵向驱动巨磁阻抗效应的重要原因 .     

磁性颗粒复合介质中磁电阻机制诱导的庞磁电容效应

最近的实验和理论研究表明,磁电阻效应结合Maxwell-Wagner电路模型,磁性颗粒复合介质中也可能产生庞磁电容效应.这种庞磁电容效应与传统的磁电材料中由于直接的磁电耦合机制而产生的磁电容效应不同,它将会具有很高的实际应用价值.从磁性颗粒复合体系微观结构出发,应用Maxwell-Garnett理论(MGT)和磁电阻机制,研究了磁性颗粒复合体系中的庞磁电容效应随外加磁场和组分浓度p的变化关系,很好地解释了实验结果.     

颗粒间隧穿体系H-A模型的磁电阻翻转效应

基于HELMAN-ABELES模型,超越传统的一级近似,对磁场相关库仑阻塞下体系的磁输运性质进行了系统的理论分析.我们发现,磁场相关的库仑能隙将引起低温下的正磁电阻发散行为,该行为与自旋极化引起的低温负磁电阻相互竞争,使体系的宏观磁电阻随参数的区域变化呈现出复杂的特征.我们分析了该正磁电阻出现的根本原因,从而指出影响磁电阻的因素除了传统的自旋极化率之外,还有与之效果相反的自旋相关库仑能隙的作用,后者为颗粒体系中的磁电阻效应提供了新的可能来源.     

纵向驱动巨磁阻抗效应的相位特性

作者测定了９８ＭＰａ应力退火生成的Ｆｅ７３Ｃｕ１Ｎｂ１．５Ｖ２Ｓｉ１３．５Ｂ９纳米微晶带纵向驱动微磁阻抗的相频曲线和不同频率的相位随外磁场变化的规律。从相频曲线的峰位可确定样品的特征频率。从不同频率驱动场下磁阻抗的相位随外磁场变化的规律，说明了纵向驱动巨磁阻抗效应在小于特征频率时是磁电感效应，大于特征频率时是磁阻抗效应，且在高频时主要是与畴壁移动磁化的阻尼而引起的磁损耗密切有关。     

谐振频率下Terfenol-D/Pb(Zr,Ti)O3层状磁电复合材料的常温巨磁电容效应

研究了Terfe0no1-D(TDF)/Pb(Zr,Ti)O3(PZT)三明治结构的磁电容效应.由于磁-力-电耦合机制,PZT受由磁场引起的应力作用,产生磁电容.结果显示,在偏置磁场1 600Oe、谐振频率46.15kHz和160.00kHz处,最大负磁电容分别可达65%和85%,在非谐振频率处负磁电容仅为5%.     

非晶FeCuNbSiB多层膜的巨磁阻抗效应

研究在250℃退火温度下非晶FeCuNbSiB薄膜的巨磁阻抗效应.X-ray谱和Mossbauer谱显示样品为非晶状态.导电层的厚度为2 μm,磁性层的厚度为1 μm.三明治结构的最大阻抗效应为20%.为了提高巨磁阻抗效应,在两磁性层之间加入了绝缘层SiO2,在250℃退火温度下最大阻抗效应为62%.随着驱动电流频率的增大,磁阻抗效应曲线由随磁场的单调下降变为出现峰的结构.     

含钴基非晶带线圈LC振荡电路谐振特性的研究

含Co71.8Fe4.9Nb0.8Si7.5B15非晶带的电感线圈与电容Cs串联再与电容Cp并联,组成仿石英晶体振荡电路.实验发现,与石英晶体振荡电路有2个固有谐振频率不同,仿石英晶体振荡电路有3个固有谐振频率,一个串联谐振频率fs,另一个并联谐振频率fp,还有第3个谐振频率ft.当外磁场作用在钴基非晶带上,仿石英晶体振荡电路串联谐振频率fs和并联谐振频率fp向高频移动,第3个谐振频率ft基本不变.根据钴基非晶带在交流磁化下的磁滞损耗和巨磁阻抗效应,解释了上述现象.     

压电/压磁条环磁电复合材料的逆磁电效应

研究了压电/压磁条环磁电复合材料在弯曲谐振频率下的逆磁电效应(CME),其中压电材料为锆钛酸铅(PZT),压磁材料为镍锌铁氧体(NiZn ferrite).由于PZT与镍锌铁氧体环之间的机电耦合,该磁电材料在一阶弯曲谐振频率和一阶纵向谐振频率处的逆磁电系数明显大于非谐振频率处的逆磁电系数.在一阶弯曲谐振频率下,该磁电材料在H=190 Oe、E=200 V/cm测得较大磁感应强度(B_m≈2.13×10~(-5)G).B_m在-130 OeH130 Oe间呈现的磁滞现象源于镍锌铁氧体环压磁效应和PZT铁弹效应的共同作用.在H=0 Oe、±50 Oe,利用不同变化趋势下的磁场及周期性通断的交流信号实现了三稳态磁感应强度的转换.     

非晶FeCuNbSiB多层膜的巨磁阻抗效应(英)

研究在250℃退火温度下非晶FeCuNbSiB薄膜的巨磁阻抗效应.X-ray谱和Mössbauer谱显示样品为非晶状态.导电层的厚度为2μm，磁性层的厚度为1μm.三明治结构的最大阻抗效应为20%.为了提高巨磁阻抗效应，在两磁性层之间加入了绝缘层SiO₂，在250℃退火温度下最大阻抗效应为62%.随着驱动电流频率的增大，磁阻抗效应曲线由随磁场的单调下降变为出现峰的结构.     

三明治多层膜中巨磁阻抗效应理论研究

利用一定边界条件下的Maxwell方程和修正的Landau_Lifshitz_Gilbert方程,对磁性层/非磁性层/磁性层(M/C/M)三明治多层膜中出现的巨磁阻抗效应进行了理论分析.对于单轴横向磁各向异性三明治膜,在考虑了各向异性场的交变部分的基础上,得到了阻抗与频率、外磁场、各向异性场、电导率、厚度等因素之间的关系.着重讨论了,磁性层和非磁性层薄膜厚度的优化问题.当GMI效应达到峰值时,非磁性层在薄膜总厚度中所占的比例与各向异性场Ha的大小、薄膜的总厚度以及非磁性层与磁性层电导率σ1/σ2比值有关.为实验上设计三明治模型提供了一个数值参考.     

一类新型非晶丝微磁探测器在坦克静态 磁场分析中的应用

在了解FeCoSiB非晶丝材料物理特性的基础上,利用傅里叶解析法对非晶丝的巨磁阻抗效应展开分析,对其数学模型进行实验验证.进而探讨基于非晶丝传感元件的高灵敏度微磁物理场探测技术及电路实现途径,并以CPLD芯片为核心设计信号处理电路.实验结果证明传感器在0～1T的量程内具有较好的线性度,其分辨率可达100nT.并利用这种新型微磁探测器对地磁场变化的高灵敏性,分析坦克目标静态复合磁场的空间分布及通过特性,提高了数理模型的准确性.     

庞磁电阻材料Sr2FeMoO6的性能及其穆斯堡尔谱研究

应用传统的陶瓷制备方法，制备了烧结温度分别为1200℃和1250℃的双钙钛矿结构率磁电阻（GMR）材料Sr2FeMoO6样品，通过X射线衍射、室温磁阻和穆斯堡尔谱研究，发现较低温度烧结的样品晶粒相对较小而磁阻较大，从而暗示晶界上的自旋极化电子对磁电阻效应有明显贡献。同时，通过观察不同温度下的穆斯堡尔谱，看到了晶界上Fe离子磁状态的改革，这从另一角度证实晶界上的载流子散射是室温下电阻产生的主要原因，而晶粒之间自施极化电子的跳运受到外加磁场的影响，产生 磁电阻效应。     

La_(0.85)Na_(0.15)MnO_3的结构、磁性质和输运性质

实验研究了由 Pechini方法制备的 L a0 .85Na0 .1 5Mn O3多晶陶瓷样品的结构、磁性质和输运性质 .发现 L a0 .85Na0 .1 5Mn O3的居里温度正好接近室温 ,在该温度附近 ,伴随铁磁相到顺磁相的转变 ,同时发生金属 -半导体转变 ,且在居里温度附近 ,0 .5 T外磁场下的最大磁电阻可达 14 % .理论与实验对比可知 ,在居里温度以上小极化子非对角跳跃为主要导电机制 .     

基于巨磁阻抗效应的非晶丝微磁传感器

在FeCoSiB非晶丝材料物理特性基础上,利用Fourier解析法对非晶丝的巨磁阻抗效应展开分析,对它的数学模型进行实验验证;进而探讨基于非晶丝传感元件的高灵敏度微磁物理场探测技术及电路实现途径,并以CPLD芯片为核心设计信号处理电路.实验结果证明:传感器在0～60μT的量程内具有较好的线性度,其分辨率可达0.1μT.这就解决了大多数磁传感器对地磁场、生物磁场等微弱物理量无法精确探测的缺陷,从而拓宽了磁传感器在微电子探测领域的适用范围.