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以三层结构磁电复合材料为核心元件的磁场传感器的研究

赵文明  
【摘要】: 超磁致伸缩材料除了具有高的磁致伸缩性能外,还具有输出功率大,能量密度高等优点。磁电复合材料是由超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料复合而成。复合后的材料具有更大的磁电转换效应。 利用超磁致伸缩材料和压电陶瓷材料的磁电乘积效应,制作了以磁电复合材料为核心元件的磁场传感器样机。传感器采用了超磁致伸缩材料/锆钛酸铅/超磁致伸缩材料三层结构。所制作的磁场传感器,可以进行高精度磁场测量。 论文采用等效电路法建立了磁电复合材料的输入磁场与输出电压之间的关系,计算了磁电复合材料的磁电系数,确定的磁电系数方程对磁场传感器的制作具有重要的指导作用。 应用建立实验测试系统,对制作的磁场传感器进行了静态和动态实验研究。通过静态实验确定了外加直流偏置电流在2A~5A范围内磁场传感器具有较好输出特性。动态实验确定了直流偏置的作用以及输入电流频率变化对传感器的影响,表明传感器在低频条件下产生的电压值较大,并且磁电系数变化较小。通过变换外加磁场的大小,可以发现传感器的输出电压与输入电流之间基本上呈线性关系。 为了方便快捷的读出传感器测试的磁场的大小和频率,设计了信号处理电路。本系统采用AT89S52单片机作为主控制单元,仪表放大器采用MAX412高精度仪表放大器,低通滤波器采用的是八阶低通滤波器MAX291,A/D转换芯片采用目前应用较多的12位的AD1674,显示部分采用的是五位LED。其中还包括一些辅助电路,如电平转换电路,显示部分的驱动电路等。并且设计了系统软件,通过调试使系统达到了设计要求。


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