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磁电复合材料的转速传感器与性能测试方法研究

【摘要】:磁电材料是一种具有磁电效应或逆磁电效应的新型功能材料。磁电复合材料由于在室温条件下具有良好的磁电性能而引起广泛的关注以及研究。层状的磁电复合材料由于复合方式简单以及良好的磁电性能,是目前最具潜力的研究热点。以往的关于磁电材料的研究大多着眼于如何提高磁电性能,对于磁电材料在器件中服役行为的研究相对较少。本文通过对磁电性能的研究,着重将磁电材料开发设计成器件,并研究其实际的工作状况。另外,基于现有的磁电性能测试系统较为庞大,难以向小型化发展的现状,本文采用新的屏蔽方式,设计制作出了一种小型的测试装置。本文采用Ni和FeBSiC非晶分别作为磁致伸缩材料,锆钛酸铅(PZT)为压电材料,速干胶为粘结剂,制备了 Ni/PZT、非晶/PZT的磁电复合材料。采用所制备的磁电复合材料,制作了转速传感器。搭建了一套传感器测试平台,采用带有减速机和编码器的直流电机作为标准转速源,用于测试制备的磁电转速传感器的性能,对比研究了电磁线圈和磁电传感器在不同转速下的行为作为。结果表明,在低转速下磁电传感器依旧保持了平稳的信号输出,灵敏度远远高于电磁线圈。基于磁电复合材料制作的转速传感器具有灵敏度高、频率响应平稳的显著优点。为了缩小测试装置的尺寸,本文根据法拉第感应定律,设计了一种屏蔽线圈式的动态磁电性能检测方式。将线圈从以往的亥姆赫兹双线圈改成了单线圈设计,采用有限元方法,对所设计的电磁线圈进行了仿真计算。计算结果表明在4.08安匝的电流驱动下,在单线圈的中心部位,依旧存在直径约为6mm的均匀磁场区,磁场大小为1.5 0e,满足使用需要。按照Quantum Design公司的综合物性测量装置(PPMS)的多功能样品杆的底座尺寸进行设计制作,配合PPMS的LabVIEW驱动,实现了在PPMS系统里测量不同温度、磁场下的磁电性能。实际测试结果表明,检测结果与原系统吻合,在1 kHz-100 kHz范围内均能提供足够的激励磁场。本设计有效地实现了电场的屏蔽,并扩大了样品的测试空间。综上所述,本文研究了磁电转速传感器的服役行为,设计制作了一种微型磁电效应检测装置,将为磁电材料的器件应用、变温性能测试提供坚实的研究基础。

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