隧穿磁阻传感器研究进展

传感器作为物联网技术的基石,在人们的生产生活中发挥着重大作用.其中,基于隧穿磁阻效应(tunneling magnetoresistance, TMR)的磁传感器具有灵敏度高、尺寸小、功耗低等优点,在导航定位、生物医学、电流检测和无损检测等领域具有极大的应用前景.本综述以TMR传感器技术路线的发展为核心,囊括了从基本传感单元到三维空间磁场检测,再到实际应用的多个研究重点.首先,介绍了TMR传感器发展历程并阐明其基本工作原理,讨论了提高单个传感单元磁隧道结输出线性度的方法.接下来,详细介绍了传感器的重要电路结构—惠斯通电桥,以及制备TMR全桥结构的多种工艺方法.进一步,从三维空间磁场检测这一市场需求入手,深入讨论了基于TMR传感器的三维传感结构的设计和制备方法.同时,以传感器灵敏度和噪声水平这两大基本性能为切入点,列举了TMR传感器性能的优化方案.最后,本文对TMR传感器的应用展开了详细介绍,以自旋麦克风,生物传感器两个新兴应用为例,对TMR传感器未来在物联网中的发展和应用进行了展望.     

薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化研究

新一代航天装备的主承力薄壁舱段在追求极致轻量化的同时,还具有更高的刚度和抗屈曲等设计指标.传统结构形式和设计方法难以满足轻质高承载的设计要求.为此,本文提出了一种薄壁结构多层级并发加筋拓扑优化方法,通过构建主层级稀疏加筋和次层级密集点阵增强结构整体和局部力学性能,扩展结构设计空间,有效提升材料利用率.其中,主层级加筋布局通过变密度拓扑优化方法获得,次层级点阵构型通过基于改进的渐进均匀化方法提出的两种设计方法获得,并基于材料插值模型,建立了多层级并发加筋拓扑优化框架,实现在一次拓扑优化求解中同时获得主层级加筋布局和次层级单胞拓扑构型.基于上述方法,本文分别给出了考虑结构刚度和稳定性设计需求的优化算例,并与传统单层级加筋拓扑优化进行了对比.结果 表明,多层级并发加筋方法可以根据承载边界和设计目标寻找优化的结构形式,且在相同质量下,其优化构型相比传统单层级拓扑优化结果表现出更高的承载性能,证明了本方法在薄壁结构设计上的优势.