地球物理场对磁敏式传感器影响及其应用研究

【摘要】：巨型钢罐在我国经济建设中起着重要作用,它常用于装载易燃、易爆、有毒物品。因此,罐的质量要求很高,那么高质量的钢罐关键在于智能化焊接技术,而该技术的核心是传感器。据调研,在微机中用于数据读取操作的磁阻式传感器MR是解决这项技术的合适选择。当MRWS传感器的工作磁场从100Gs降到5.0Gs时,焊接精度提高了。设备从桂林易地到大庆、海南和柳州等地出现焊接精度降低,最大的误差接近1.0mm,为允许误差(±0.5mm)的2倍,发现了地磁场对MRWS的影响。当焊枪垂直安装时,若按桂林到用户两地之间的地磁场分量之差与工作磁场(5.0Gs)相比计算,误差不超过5.3%(相当0.3mm),必然是MRWS在不同强度的地磁场作用规律所致,经过研究证明此结论。因此,本文从地球探测与信息技术和薄膜磁电阻效应机理角度出发,系统地研究了天然磁场对该传感器的影响规律。首次把地球探测与信息技术应用于焊接领域。因此,论文具有创新性和重要应用价值。 MR原本是用于计算机数据读写操作的磁头,因为它具有对磁敏感特性。那么,当有外磁场作用于工件,并把MR用于探测工件上的磁场的微弱变化也许能达到识别缝宽窄的目的。为此,采用NdFeB永磁体MR材料并以激光技术反复实验,最终研究成功焊枪悬浮高度和焊缝跟踪检测传感器(MRWS),提高了巨型钢罐自动焊接精度。此成果具有创新性(经查新尚未有这类成果,同时提出了专利申请)。 在应用过程中发现GMRS在不同磁场条件下其变化机理有着特殊性,因此本文通过全球地磁资料,采用球冠协和分析方法,研究了地磁变化对MRWS的影响,首次获得了MRWS的AMR和GMR在地磁作用下电子自旋极化的全球分布图;研究了磁暴对MRWS的影响机理。同时,还采用地球探测与信息技术定性定量地分析了焊接电极产生的磁场对MRWS影响。通过研究,探明了天然磁场和人工磁场对MRWS的影响规律。为以智能化技术消除其影响,奠定了理论基础。 论文在常温的研究基础上,采用定常星体光能辐射输运理论和热力学理论以及数值物理模拟方法,率先研究了高温差恶劣条件下,温度场对MRWS的影响。首次获得了高温恶劣条件下,MRWS的电子自旋极化影响规律。为全面消除天然温度场和人工温度场对MRWS的电子自旋影响奠定了坚实的理论基础。 通过自学习模糊神经网络人工智能控制方法、电磁屏蔽理论及其技术,薄膜磁电阻材料性能等相关知识的系统研究与全面探讨,经反复实践与改进,采用ARM32位微处理器和μC/OS—Ⅱ嵌入式操作系统,提出了智能化补偿削弱高温热辐射和天然磁场、人工磁场的新技术方法。有效地解决了磁场和温度场的影响,满足了高质量焊接技术要求。对焊接领域的技术进步起到重要促进作用。 MRS在焊接领域中成功应用尚首次,存在的不足和开辟新的应用有待完善。