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脉冲电流退火的Co基非晶带巨磁阻抗效应电流传感器

作　者: 周亚东
导　师: 鲍丙豪
学　校: 江苏大学
专　业: 机械电子工程
关键词: Co基非晶带 巨磁阻抗效应 脉冲电流退火 负反馈 偏置电流 电流传感器
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 135次
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内容摘要


非晶态合金是二十世纪中期发展起来的一种具有优良磁学性能的新型功能材料。1992年人们在非晶态合金丝中首次发现了巨磁阻抗（GMI）效应,目前世界各国学者都在积极开展新型GMI磁电传感器的研究工作。本文在非晶态合金带GMI效应的理论和实验研究基础上,设计了一种新颖的电流传感器,主要研究工作如下:对由不同化学成分所组成的非晶态合金的物理性能进行了分析,介绍了非晶带的磁畴结构模型,利用线性化Maxwell方程组及Landau-Lifshitz方程,推出在交变磁场及外加直流磁场作用下铁磁材料的与取向相关的磁导率表达式,得到对方位角平均的相对磁导率及阻抗计算公式等相关理论,从而揭示了GMI效应的产生原因及工作机理,并分析了磁畴结构、磁致伸缩、磁各向异性、工作温度对GMI效应的影响。选取成分为Co66.5Fe4（SiB）27Mo2.5的非晶带作为敏感材料样品;研究了脉冲电流退火对样品GMI效应的影响。实验分析了退火后样品的GMI效应与正弦驱动电流频率的变化关系,结果表明:在低频下最大阻抗变化率（GMI）max随频率的升高而增大,当达到特征频率（f=1MHz）后又随频率的进一步升高而减小。在频率f=1MHz,幅值Ip=10mA时,（GMI）max最大可达42.5%。用经脉冲电流退火后的非晶带GMI效应研制出一种可进行非接触式测量的电流传感器。设计了高频信号发生电路、功率放大电路对非晶带进行励磁,然后通过前置放大电路、峰值检波电路、低通滤波电路及差分放大电路对非晶带两端的输出电压进行信号处理,对传感器电路进行了参数优化设计,通过施加偏置电流调节GMI效应的线性区域,使该传感器在—0.15～0.15A的测量范围内精度为±0.81%FS;通过负反馈设计进一步提高了传感器的精度和测量范围,在—0.9～0.9A的测量范围内精度可达±0.62%FS,其可用于弱电流的检测领域。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 本文研究目的与意义  9-10
  1.2 GMI传感器研究应用现状与前景  10-12
    1.2.1 GMI敏感材料的研究与应用  10-11
    1.2.2 GMI传感器的研究与应用  11-12
    1.2.3 GMI传感器的发展前景  12
  1.3 本文研究的主要内容  12-14
第二章 非晶态合金与GMI效应综述  14-22
  2.1 非晶态合金综述  14-16
    2.1.1 非晶态合金的制备发展过程  14-15
    2.1.2 非晶态合金的传感器特性  15
    2.1.3 非晶态合金的分类与样品选择  15-16
  2.2 GMI效应综述  16-18
    2.2.1 GMI效应的发现过程  16-17
    2.2.2 GMI效应的理论解释  17-18
  2.3 GMI效应的影响因素  18-21
    2.3.1 磁畴结构对GMI效应的影响  18
    2.3.2 磁致伸缩对GMI效应的影响  18-19
    2.3.3 磁各向异性对GMI效应的影响  19-20
    2.3.4 温度对GMI效应的影响  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 非晶带GMI效应的基本理论  22-29
  3.1 建立模型  22-23
  3.2 阻抗Z的计算表达式  23-24
  3.3 μ_r的计算表达式  24-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章 非晶带及其GMI效应的实验研究  29-37
  4.1 非晶态合金的制备与处理  29-31
    4.1.1 非晶态合金制备简介  29-30
    4.1.2 非晶态合金的处理  30-31
  4.2 实验结构设计  31-33
  4.3 实验结果与分析  33-35
    4.3.1 外磁场与GMI效应的关系  33-34
    4.3.2 驱动电流频率与GMI效应的关系  34-35
  4.4 本章小结  35-37
第五章 GMI电流传感器设计  37-61
  5.1 GMI电流传感器敏感元件设计  37-42
    5.1.1 三种典型GMI电流传感器的分析  37-39
    5.1.2 本文敏感元件结构的设计  39-40
    5.1.3 本文敏感元件的基本原理  40-42
  5.2 GMI电流传感器电路设计  42-57
    5.2.1 信号发生电路设计  42-47
    5.2.2 功率放大电路设计  47-48
    5.2.3 前置放大电路设计  48-49
    5.2.4 峰值检波电路设计  49-51
    5.2.5 低通滤波电路设计  51-54
    5.2.6 差分放大电路设计  54-57
  5.3 GMI电流传感器闭环系统设计  57-60
    5.3.1 闭环系统设计的必要性  57
    5.3.2 闭环结构设计与原理分析  57-59
    5.3.3 V/I转换电路设计  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 传感器测试结果与标定  61-66
  6.1 传感器电路参数的设定  61
  6.2 偏置电流对工作点的调节  61-63
  6.3 传感器测量结果与分析  63-65
    6.3.1 开环时测量结果与分析  63-64
    6.3.2 闭环时测量结果与分析  64-65
  6.4 本章小结  65-66
第七章 总结与展望  66-68
  7.1 全文总结  66
  7.2 工作展望  66-68
参考文献  68-72
附录  72-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间发表的论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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