基于Terfenol-D材料和光纤光栅法布里珀罗腔的磁场传感器（英文）

基于Terfenol-D磁致伸缩材料和光纤光栅法布里珀罗腔,提出了一种用于微弱静态磁场测量的光纤磁场传感器.为了提高传感器的分辨率,采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场,同时,采用Monel-400合金与光纤光栅法布里珀罗腔耦合的方式,作为参考元件,对传感器进行温度补偿.实验测得传感器的磁场灵敏度为1.7×10~(-3) pm/μT,磁场分辨率为3.0μT。实验结果表明,本传感器对于静态磁场响应具有良好的线性度和指向性,可用于微弱磁场测量.     

Fe-Ga磁致伸缩材料的磁学特性研究

通过电阻应变片法得到其磁致伸缩系数随磁感应强度的变化关系.由磁滞回线以及磁导率随磁场变化关系可以得到该Fe-Ga磁致伸缩材料为软磁材料,几乎没有剩磁、矫顽力.     

磁致伸缩材料磁弹性内耗的场依赖特性及其用于磁场传感研究

分析和测试了磁致伸缩材料磁弹性内耗的偏置磁场依赖特性,发现Terfenol-D的品质因数(与内耗的量值成反比)强依赖于偏置磁场.利用磁致伸缩材料磁弹性内耗强依赖于偏置磁场的特性,提出了一种静态和准静态磁场的磁传感器方法,即将磁致伸缩材料与压电变压器单元层叠构建一种复合变压器.分析表明:在谐振状态下,复合变压器的输出电压正比于其品质因数,于是复合变压器的输出电压强依赖于偏置磁场;磁致伸缩材料的ΔE效应对复合变压器输出电压的影响很小.制备Terfenol-D/PZT8复合变压器进行了实验,结果表明,在近谐振状态下,当激励输入电压振幅为0.5V时,复合变压器工作的输出电压对静态磁场的灵敏度达到～5.12mV.Oe-1.     

甩带Fe85Ga15合金的巨磁致伸缩研究

利用甩带快淬方法制备了Fe₈₅Ga₁₅合金样品.测量了样品在沿带片长度方向和厚度方向上的磁致伸缩，发现其值分别高达－1300ppm和＋1100ppm.巨大磁致伸 缩的获得来源于甩带样品的形状各向异性和合金内部生成的大量短程应变有序以及它们的择优取向.样 品温度特性的测量表明，在室温附近约60℃宽的温度范围，合金的磁致伸缩数值基本保持不 变；而在高温条件下，合金具有更大的磁致伸缩. 关键词： 磁致伸缩 Fe-Ga合金 甩带快淬     

基于能量转换原理的磁电层合材料低频磁电响应分析

提出了一种基于能量转换原理的磁致伸缩/压电层合材料低频磁电响应模型,并对不同层合结构的磁电响应特性进行了对比研究.该模型假定层合材料层间能量传递通过层间剪切力来实现,利用应力函数法分析了磁致伸缩层和压电层的应力与应变,求出了磁致伸缩层的应变能和存储磁场能以及压电层的应变能和电场能;利用Hamilton最小能量原理求出了层间剪切力的大小,获得了开路状态下层合材料的低频磁电响应模型.发现磁电电压系数与磁致伸缩材料的磁导率、泊松比、磁机耦合系数以及压电材料的泊松比、机电耦合系数等有关,并对这些参数的影响进行了分析.同时对两层和三层结构的层合材料磁电特性进行了对比研究,发现层合结构不同则获得的磁电系数公式不同,用相应的公式计算得到的误差才会最小.研究结果表明,本文的理论误差小于6.5%,与其他方法相比,本文的理论模型能更好地描述磁电层合材料的低频磁电响应特性.     

新型表面波电流传感器优化设计

本文对结合磁致伸缩效应的新型声表面波电流传感器进行优化设计。传感器采用80 MHz声表面波双通道延迟线型差分振荡器,并在传感通道SAW器件表面声传播路径上溅射磁致伸缩薄膜,利用薄膜材料在电流激发磁场作用产生的磁致伸缩效应引起声传播速度的变化,并以相应振荡器频率的变化来表征待测电流。通过对不同磁致伸缩材料(FeCo和FeNi)以及薄膜厚度的传感效应进行分析,用以为传感器的优化设计提供思路,并通过实验进行验证,实验结果显示,相对于FeCo而言,采用FeNi作为敏感材料的电流传感器具有良好的重现性、线性度以及较高的灵敏度。     

Fe-Ga磁致伸缩合金自旋轨道耦合效应研究

磁致伸缩和磁晶各向异性来源于自旋轨道耦合及晶体场效应,两种效应作用效果将对Fe-Ga大磁致伸缩合金研究方向将起指导作用.通过基于均匀梯度近似的线形缀加平面波法研究了Fe-Ga磁致伸缩合金中D03、B2-like、L12结构在施加自旋轨道耦合效应前后Fe原子3d轨道劈裂情况,轨道电子数及磁晶各向异性.结果表明,自旋轨道耦合效应可以进一步劈裂D03及L12立方结构晶体场,D03和L12结构中Fe原子3d轨道电子数,尤其是dxy和d(x2-y2)轨道下自旋电子数由于自旋轨道耦合作用发生改变;但自旋轨道耦合对B2-like结构作用微弱.Fe-Ga磁致伸缩合金中磁晶各向异性主要由晶体场效应决定.     

压应力对Fe0.81 Ga0.19单晶磁化和磁致伸缩的影响

研究了Fe_0.81Ga_0.19合金单晶沿[100]方向的磁机械效应和磁致伸缩效应.基于Stoner-Wohlfarth模型,通过数值计算获得了在压应力和外磁场联合作用下磁化强度的方向余弦.研究表明,随着压应力的增加,退磁态下合金中的磁各向异性会由三轴各向异性向双轴各向异性转变.这使得合金中 90° 畴的体积分数增加,导致磁致伸缩效应增大. 关键词： FeGa合金 磁机械效应 巨磁致伸缩效应     

Tb0.3Dy0.7Fe2合金磁畴偏转研究

研究了Tb_0.3Dy_0.7Fe₂合金在压磁和磁 弹性效应中的磁畴偏转和磁导率特性. 基于Stoner-Wolhfarth 模型能量极小原理, 绘制了自由能与磁畴偏转角度的关系曲线, 研究了压应力和磁场载荷作用下磁畴角度的偏转特性, 计算分析了不同载荷作用下磁畴偏转的磁导率特性, 并与实验数据进行比较论证. 研究表明,应力和磁场的作用都将使磁畴方向[111]和[111]发生角度跃迁, 直观有效地解释了材料巨磁致伸缩效应的机理; 应力和磁场作用下磁畴的偏转将使材料磁导率呈减小趋势, 其中磁场能对磁导率的影响大于应力能, 这一现象在小载荷作用下尤为明显. 实验结果表明, 磁导率的计算数据与实验数据符合得较好, 验证了计算方法的正确性. 理论分析对Terfenol-D磁畴偏转模型的完善 和磁化过程中磁滞回线的绘制非常有意义.     

偏置磁场对磁致伸缩/弹性/压电层合材料磁电效应的影响

根据磁致伸缩材料的非线性本构关系得到其动态杨氏弹性模量和动态压磁系数,结合等效电路法得到磁致伸缩/弹性/压电层合材料的磁电效应与磁致伸缩材料的动态杨氏弹性模量和动态压磁系数的关系,讨论了偏置磁场对这种层合材料的谐振频率和谐振磁电电压转换系数的影响.理论推导和实验结果均表明,存在最佳偏置磁场使磁致伸缩/弹性/压电层合材料的谐振磁电电压转换系数最大. 关键词： 磁致伸缩/弹性/压电层合材料 磁电效应 偏置磁场 非线性本构关系     

NON-EQUILIBRIUM MICROWAVE RESPONSE OF Yba2Cu3O7-δ GRANULAR THIN FILMS UNDER MAGNETIC FIELDS

Microwave responses of YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO) granular film have been studied at the microwave frequency of 30.5 GHz. In the absence of a magnetic field the dependence of a normal microwave response on the bias current is observed at a temperature close to T_c. When a magnetic field ranged from 5.0 mT to 33.0 mT is applied, the responses broaden and shift toward a lower temperature. In the superconducting state, the responses were found to be highly dependent on the magnetic field. For the current equal to 5.0mA and a magnetic field above 17.0mT the response increases and did not vanish even at a very low temperature, the fact is believed to be correlated to the anisotropic character of the structure.     

可双参量同时测量的光纤磁场传感器

设计并制作了一种马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)与光纤布喇格光栅级联的光纤磁场传感器,其中MZI由相当于分光器的锥结构和相当于耦合器的花生锥结构级联组成,封装在填充了磁流体的毛细管中.由于磁流体的有效折射率会随着外界磁场强度的改变而变化,故可通过观察干涉谱的特征波长的变化来测量外界磁场强度,而光纤布喇格光栅透射峰对磁场强度不敏感.当磁场强度由0mT变化到20mT时,马赫-曾德尔干涉峰的灵敏度为0.11nm/mT.温度特性实验测得马赫-曾德尔干涉峰和光纤布喇格光栅透射峰的温度灵敏度分别为0.401 5nm/℃和0.011 4nm/℃.因此,可利用敏感矩阵实现双参量同时测量.     

水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热特性的数值模拟

建立磁场作用下水平圆管内磁性潜热型功能流体对流换热的数学物理模型,分析磁场强度、磁性相变微胶囊体积分数、流体质量流量等因素对流体对流换热的影响.磁场对磁性潜热型功能流体的对流换热具有显著的强化作用,磁场强度愈大强化作用愈明显,强化原因是磁性相变微胶囊受到磁力作用产生扰动.     

Magnetomechanical coupling enhancement via high-density nanoprecipitation in Co70Fe30 alloy

Magnetostrictive materials with high magnetomechanical coupling performance are required for transducer design and tunable resonator applications. The magnetostriction of Fe-Ga and Co-Fe alloy can be remarkably increased by high-density and semicoherent nanoparticles. In this work, we found that the magnetomechanical coupling of Co₇₀Fe₃₀ alloy can be obviously enhanced by high-density nanoprecipitation. This outstanding enhancement originates from the semicoherent face-centered tetragonal (fct) nanoparticles embedded in a body-centered cubic (bcc) matrix, which may promote magnetic domain rotations under applications of stress. The result indicates that high-density nanoprecipitation can be used to guide the design of magnetostrictive materials with unusual magnetomechanical coupling performance.     

铁镓单晶Janus-Helmholtz换能器

针对深水、低频、宽带换能器的技术需求,结合Janus-Helmholtz换能器的结构特点和铁镓单晶材料低场应变大及机械强度高的特性,提出了铁镓单晶Janus-Helmholtz换能器设计方案。采用永磁偏磁场和环形闭合磁路,建立了一系列铁镓单晶磁致伸缩换能器理论分析模型,包括对磁致伸缩材料参数进行线性化处理,设计了换能器最佳工作点,结合静态磁场和动态磁场分布情况分段细化换能器驱动等效参数,以及利用全阻抗模型通过电感损耗等效计算换能器静态阻抗,然后通过二维有限元分析等效模型,优化分析了换能器的结构参数与电声性能。最后制作了换能器样机,并进行了测试与分析。对比仿真和测试结果表明:全阻抗模型得到的阻抗曲线与样机测试结果相一致,有限元等效模型计算的发送电流响应与样机测试结果良好吻合。换能器样机水中谐振基频为1000 Hz,谐振频率下发送电流响应176.4 dB;在875～2300 Hz频率范围内,发送电流响应起伏不大于6 dB;增加驱动电流有效值到16.2 A,最大声源级可以达到196.2 dB。     

基于光纤微结构加工和敏感材料物理融合的光纤传感技术

将功能敏感材料与光纤在物理层面进行有机融合,充分发挥光纤传感器在结构集成、材料集成等方面的优势,将有望发展新型的光纤传感器件和系统.本文综述了飞秒激光光纤微加工技术分别在标准的单模光纤和光纤光栅上制备微结构,再结合敏感材料制备技术,实现在物理层面上光纤传感器材料和结构的集成和融合,探索实现新型高性能的光纤传感新技术.     

利用精密扭秤测量铜与磁场的相互作用

利用精密扭秤测量了抗磁性物质铜与外磁场的相互作用，其基本思想是充分利用精密扭秤对弱力的高灵敏度，从而可极大地降低传统方法中对外磁场强度的要求．初步的实验结果证实了这一方法的可行性．     

强磁与应力场耦合作用下AZ31镁合金塑性变形行为

研究强磁场对AZ31镁合金塑变能力和微观组织的作用,在3 T脉冲强磁场条件下对合金进行磁场耦合应力时的拉伸实验.采用电子背散射衍射、Ⅹ射线衍射和透射电镜分析等方法研究材料的微观组织.结果表明:与0 T拉伸试样相比,3 T拉伸试样抗拉强度和延伸率分别提高了2.2%和28.7%,说明将强磁场耦合作用于材料塑性变形过程时,能在不降低材料强度的同时提高镁合金的塑性变形能力,有助于同步改善材料强韧性.磁场作用机理主要表现为磁致塑性效应,计算表明主要合金相β(Mg_(17)Al_(12))为顺磁性,有助于发挥磁场作用效果.磁场提高了位错运动灵活性并促使位错增殖,晶界处位错堆积和应力集中促进了再结晶形成,晶粒发生细化,发挥细晶强韧化效果;同时磁场诱发塑性变形时的晶粒转动,新生成非基面取向的晶粒弱化了镁合金(0001)基面织构,该组织特征有助于提高材料的塑变能力.