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基于巨应力阻抗效应的加速度计若干技术研究

白钰  
【摘要】: 巨应力阻抗(Giant Stress-impedance,简称GSI)效应是继巨磁阻抗(GMI)效应之后,在软磁材料领域发现的又一个非常具有研究价值和实用价值的特殊物理现象。GSI效应是指被高频信号激励的某种非晶态合金,当其受到外应力作用时,它的阻抗值会发生明显变化的现象。利用软磁合金的GSI效应开发新型传感器,具有灵敏度高、尺寸小、响应快、功耗低等优点。加速度计是惯性测试系统的重要组成部分,利用GSI效应研制新型加速度计具有重要的理论价值和工程实际意义。 本文研究了基于GSI效应的加速度计的若干技术:巨应力阻抗效应的理论分析、GSI加速度计的工作原理和结构设计、GSI加速度计调理电路设计等三方面内容。本文系统地阐述了GSI效应的产生机理,介绍了非晶态合金材料的制备和处理方法,以及影响GSI效应的因素,选择了Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶粉/硅橡胶复合薄膜作为传感器的敏感材料。在此基础上,深入地研究了基于GSI效应的加速度计的工作原理,设计适合该类型加速度计的结构,用ANSYS对结构进行模态分析。另外,设计了传感器的调理电路,包括驱动信号电路、检波电路、滤波电路、放大电路等,利用OrCAD/Pspice对电路进行了验证和优化,利用Altium Designer 6设计原理图和PCB,所有电路均调试成功。 通过标定实验数据,分析了基于复合薄膜材料GSI效应的加速度计的静态特性。测试结果表明,该传感器在一定量程范围内线性度较好,灵敏度高,重复性好,可应用于各种低g值加速度检测领域。


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