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磁电层合结构的磁电效应研究

孙建波  
【摘要】:磁电层合材料以其显著的磁电效应被广泛应用于磁电换能器、磁电传感器等。磁电层合材料是通过压磁层的磁致伸缩效应和压电层的压电效应的耦合来实现磁电转化的。简单而言,就是指磁致伸缩层在外加磁场中产生应变,此运动通过胶接层传递给压电层,根据压电材料的压电效应,在压电层表面感生出电场,是一种磁-弹-电多场耦合效应。 (1)本文针对电极层/磁电层(弹性层、压电层)/电极层状结构,分别分析了只考虑机械振动情况、考虑压电效应和考虑磁电效应的层状薄膜厚度拉伸振动,推导出了三种情况下的频率方程。通过Matlab对频率方程进行求解,清楚的了解了弹性、压电、磁电薄膜厚度与振动频率之间的关系,还比较了压电效应和磁电效应分别对厚度拉伸振动频率的影响,以及电极厚度对三种情况下振动频率的影响。 (2)设计并搭建了磁电效应测试系统平台,制备了Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层合材料试件,详细介绍了磁电层合材料试件的制备方法。对所制备的试件进行测试,发现谐振状态下的磁电电压转化系数远高于低频下的磁电电压转化系数;偏置磁场的大小显著影响试件的谐振频率,随着偏置磁场的增大,试件的谐振频率先减小后增大;而且偏置磁场会降低试件的涡流损耗,提高磁电电压转化系数,随着偏置磁场的增大,磁电电压转化系数先迅速增大,达到峰值后再缓慢的稍稍减小。又进一步测试了微小偏置磁场对谐振频率和磁电电压转化系数的影响,测试了磁电层合试件对外加偏置磁场的灵敏度,发现磁电层合试件可以检测到10-5T的微小磁场变化。通过上述实验,我们还可以得出磁电层合材料的最优偏置磁场在300Oe左右。 (3)分析了置于粘性流体中,旋转Y-切石英晶体板中SH波的传播问题,分别列出SH波在石英晶体板和在粘性流体中的本构方程、运动方程,通过给定边界条件进一步得出频散关系;又对频散关系做出两种近似计算—低粘性近似和长波近似,通过Matlab求解出两种近似下的频散关系,并分析了流体粘性、密度和厚度对频率的影响,还对比了给定厚度流体和无限厚度流体的频散关系。为将来流体传感器的设计提供理论依据。


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