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磁性薄膜/石英音叉复合磁传感器研究

【摘要】: 磁传感器与通信技术、计算机技术是信息产业的三大支柱技术。其应用领域涉及电机控制、工业机器人、医疗电子、自动化等。常用的磁传感器包括磁通门、霍尔元件、巨磁电阻元件、压磁/压电元件等。本文提出将磁性薄膜材料与石英音叉进行复合,构成一种音叉式复合磁传感器,相比由磁致伸缩材料、压电材料和弹性基底材料构成的三相层合式磁传感器,该磁传感器具有更高的Q值。针对石英音叉式磁传感器,本文采用有限元方法,对磁性薄膜/石英音叉复合磁传感器中薄膜的复合位置进行了设计和分析。采用将磁性薄膜直接粘贴在石英音叉上的方法制备磁传感器,并进行了实验研究。 本论文主要研究工作如下: ①石英音叉物理性质、石英音叉振动模式研究;用于磁传感器的石英音叉研究。磁性薄膜种类、特性及其制备研究。 ②应用有限元方法,通过输入几何模型、选定单元类型、设置材料参数、划分网格、施加载荷和边界条件等步骤,建立了音叉结构有限元分析模型。分析了石英音叉振动模态,对磁性薄膜复合位置进行有限元分析,得出对谐振参数改变量最敏感的复合位置。 ③制备了磁性薄膜/石英音叉复合式磁传感器结构器件,建立磁传感器特性测试实验系统,在实验系统上对器件谐振频率和Q值变化量与磁场的关系进行测试。有限元分析的灵敏结构与实验测得的灵敏结构相符合。实验结果表明:测量Q值变化量比测量谐振频率变化量更优,最大灵敏度为119.471/mT,测量Q值分辨率为1,石英音叉Q值稳定度为20ppm时,该磁传感器对磁场的分辨率为10-6T,敏感结构在零偏置磁场时Q值达2000左右,具有高Q值特性。

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