PDF《云藻悦怎晕遭杂蚤月 对 云藻晕蚤 辕 孕在栽 复合结构磁电效应...》

物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 怨 渊圆园员员冤摇 园怨苑缘园远 M圆园员员 中国物理学会 悦澡蚤灶藻泽藻 孕澡赠泽蚤糟葬造 杂燥糟蚤藻贼赠 摇 澡贼贼责院辕 辕 憎怎造蚤曾遭援 蚤责澡赠援 葬糟援 糟灶 园怨苑缘园远鄄 员摇摇摇摇云藻悦怎晕遭杂蚤月 对 云藻晕蚤辕 孕在栽 复合结构磁电效应的影响鄢 文玉梅L 摇 王摇 东摇 李摇 平摇 陈摇 蕾摇 吴治峄 渊重庆大学光电工程学院袁教育部光电技术及系统重点实验室袁重庆摇 源园园园猿园冤 渊圆园员园 年 员园 月 员远 日收到曰圆园员园 年 员圆 月 员猿 日收到修改稿冤 摇摇构造了 云藻悦怎晕遭杂蚤月辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 磁电复合结构并与 云藻晕蚤辕 孕在栽 复合结构进行了对比研究援 分析了高磁导率材料 云藻悦怎晕遭杂蚤月 对 云藻晕蚤 磁场的影响机理袁研究了 云藻悦怎晕遭杂蚤月辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 三相复合结构的磁电效应援 实验表明袁在 云藻晕蚤辕 孕在栽 两相层合结构中黏接 云藻悦怎晕遭杂蚤月 层后院员冤 最优偏置磁场从 圆园园 韵藻 降低到 缘缘 韵藻袁最大谐振磁电电压系数从 员郾 缘怨 灾辕 韵藻 增大到 圆郾 苑苑 灾辕 韵藻曰圆冤在低偏置磁场中袁层合结构磁电电压转换系数提高了 员郾 苑要苑郾 愿 倍曰猿冤层合结构的 磁电电压对静态磁场的灵敏度从 员怨郾 员 皂灾辕 韵藻 增大到 员缘愿郾 远 皂灾辕 韵藻援 三相复合结构磁电效应的这些变化均来自于 层合结构端面磁化状态的改变要 要 要高磁导率材料相的加入使复合结构的磁化增强援 关键词院 层合结构袁 最优偏置磁场袁 高磁导率袁 磁电电压转换系数 孕粤悦杂院 苑缘援 愿园援垣 择袁 苑缘援 愿缘援垣 贼袁 苑苑援 远缘援原 躁 鄢国家自然科学基金渊批准号院员园苑苑远园猿怨袁缘园愿猿园圆园圆冤资助的课题援 L 耘鄄皂葬蚤造院赠皂憎藻灶岳 糟择怎援 藻凿怎援 糟灶 员郾 引言磁电效应是指材料在外加电场作用下产生诱 导磁化或材料在外加磁场作用下产生极化的现象援 具有磁电效应的材料有两类院单相材料渊如 悦则圆 韵猿 袁 月蚤云藻韵猿 冤和复合材料曰而复合材料主要有两种结构院 颗粒混相结构和层状复合结构援 圆园园员 年 砸赠怎 提出了 一种磁电层状复合结构 郧酝酝辕 孕在栽辕 郧酝酝咱员暂 袁其磁电 电压转换系数远高于颗粒结构和单相结构的磁电 电压转换系数援 层状复合结构在最优偏置磁场区间 展示出显著磁电效应现象袁其最优偏置磁场一般较 大援 阅燥灶早 等人咱圆袁猿暂 报道过尺寸为 猿园 皂皂 伊 员缘 皂皂 伊远皂皂 高磁导率材料作用于磁电层合结构两端袁通过 磁汇聚袁降低了层合结构的最优偏置磁场袁分析了 一定条件下 郧酝酝辕 孕在栽辕 郧酝酝 层合结构在低频 渊员 噪匀扎冤的磁电特性援 磁电层合材料在谐振状态下的磁 电转换系数比低频磁电转换系数高 员要圆 个数量 级咱源要苑暂 援 具有高谐振磁电转换系数这一特性可以使 其更适合在谐振状态下应用援 为了减小最优偏置磁 场尧并且不减弱磁电效应袁本文采用高磁导率铁基 纳米晶 合金带 材 云藻悦怎晕遭杂蚤月 贴于磁致伸缩材料表面袁考虑到磁致伸缩材料 栽藻则枣藻灶燥造鄄阅 工作在高频 渊跃员园园 噪匀扎冤模式时袁其涡流损耗明显咱愿暂 袁所以采用 具有高 匝 值袁在谐振状态下压磁系数高于 栽藻则枣藻灶燥造鄄 阅的云藻晕蚤 基恒弹性合金咱怨暂 与 孕在栽 组成 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 结构援 分析了 云藻悦怎晕遭杂蚤月 对 云藻晕蚤辕 孕在栽 偏置磁场的影响袁 测试了在不同偏置磁场中云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 的压磁系数袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 的磁电电压转换系数袁 发现高磁导率材料云藻悦怎晕遭杂蚤月 有效地降低了 云藻晕蚤 的压磁特性的最优 偏置磁场袁相应也降低了复合材料 云藻晕蚤辕 孕在栽 的磁 电特性最优偏置磁场袁均从 圆园园 韵藻 降低到 缘缘 韵藻渊员 韵藻 越 苑怨郾 缘苑苑缘 粤辕 皂冤曰同时磁电效应没有减弱袁还有 所增加袁最大谐振磁电电压转换系数从 员郾 缘怨 灾辕 韵藻 增大到 圆郾 苑苑 灾辕 韵藻援 圆郾 云藻晕蚤 内部有效磁场分析 摇摇铁磁材料处于磁场强度为 匀 的磁场中袁磁场方 向和材料的磁化方向一致援 材料内部会产生磁感应 强度 月越滋园 滋则 匀援 云藻悦怎晕遭杂蚤月 在外加磁场强度 匀遭蚤葬泽 逸 园郾 愿 韵藻 即可达到磁化饱和袁其饱和磁感应强度 月泽 越 员郾 圆缘 栽援 如图 员 所示袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 的长尧宽尧厚分别为 葬袁遭袁贼袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 沿曾轴方向磁化袁坐标原点位于 云藻悦怎晕遭杂蚤月 几何中心袁设宽 遭 无穷大袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 磁 化后沿 曾 轴方向产生的磁场强度 匀曾 为咱员园暂 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 怨 渊圆园员员冤摇 园怨苑缘园远 园怨苑缘园远鄄 圆摇摇摇摇匀曾 越酝圆仔 [葬贼葬灶 扎垣贼曾原葬()原 葬贼葬灶 扎原贼曾原葬()原葬贼葬灶 扎垣贼曾垣葬()垣 葬贼葬灶 扎原贼曾垣葬()]袁 渊员冤 酝为云藻悦怎晕遭杂蚤月 磁化强度援 图 猿摇 渊葬冤 云藻晕蚤 磁化时磁力线分布曰渊遭冤云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 磁化时磁力线分布曰 渊糟冤 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 结构示意图 图 员摇 云藻悦怎晕遭杂蚤月 示意图 图 圆摇 赠越园袁扎 越原园郾 园员缘 皂皂袁葬 越 员圆 皂皂袁贼 越 园郾 园圆愿 皂皂袁 匀曾 沿曾方向的分布 图圆给出了赠越园袁 扎越原园郾 园员缘 皂皂 时 云藻悦怎晕遭杂蚤月 沿曾方向的磁场分布袁 可以看出云藻悦怎晕遭杂蚤月 两个边缘处的磁场很强援 使用 粤晕杂韵云栽 工程电磁场有限元分析软件对 云藻晕蚤袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 在偏置磁场 匀遭蚤葬泽 中的磁化进行仿真援 图猿渊葬冤袁 渊 遭冤 分别给出 了 云藻晕蚤袁 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 磁化后磁场分布图援 当二者分别处在 匀遭蚤葬泽 越 苑远 韵藻 的磁场中袁其磁场强度沿 曾 方向的分布如图 源所示曰 其中云藻晕蚤 的几何中心坐标为渊园袁 园袁 园 冤曰 云藻悦怎晕遭杂蚤月袁云藻晕蚤 长宽厚分别为 员圆 皂皂 伊远皂皂 伊 园郾 园圆愿 皂皂袁员圆 皂皂 伊远皂皂 伊 园郾 远 皂皂援 从图 源 和图 缘 可以看出袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 内端 面处的磁场强度大于 云藻晕蚤 内端面的磁场强度袁匀遭蚤葬泽 越 苑远 韵藻 时袁二者相差 员猿 韵藻曰匀遭蚤葬泽 越 圆园园 韵藻 时袁二者 相差 猿园 韵藻援 这是由于 云藻悦怎晕遭杂蚤月 的相对磁导率渊远 伊 员园缘 冤远大于 云藻晕蚤 的相对磁导率渊猿远冤袁根据 月越滋园 滋则 匀袁 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 两端汇聚的磁场强度将大 于 云藻晕蚤 两端的磁场强度曰而对于 云藻晕蚤 中心部分的 磁场强度袁比较图 猿渊葬冤袁渊遭冤可以看到袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 中的磁场几乎与其表面垂直袁 所以贴了云藻悦怎晕遭杂蚤月 后的 云藻晕蚤 中心部分沿 曾 方向磁场的分 量是减小的援 根据磁荷观点袁磁性材料被磁化后袁磁荷均聚 集在磁性材料的两个端面咱员员暂 袁因此袁内端面磁场强 度的大小直接反映了磁性材料的磁化状态曰比较 图 源尧图 缘 细节图可以看出袁当 匀遭蚤葬泽 越 圆园园 韵藻 时袁 云藻晕蚤 内端面的磁场强度与 匀遭蚤葬泽 越 苑远 韵藻 时复合结 构 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 中 云藻晕蚤 的内端面磁场强度近 似相等袁相差约 园郾 圆 韵藻援 因此袁二者的磁化状态近 似一致袁磁化后反映出的特性应该具有相似性援 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 怨 渊圆园员员冤摇 园怨苑缘园远 园怨苑缘园远鄄 猿摇摇摇摇云藻晕蚤 压磁系数受到偏置磁场的影响咱员圆暂 袁当偏置磁 场 匀遭蚤葬泽 为 圆园园 韵藻 时袁云藻晕蚤 的压磁系数达到最大曰根 据上述分析袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 处在 苑远 韵藻 时袁其压 磁系数也会达到最大曰这表明加入 云藻悦怎晕遭杂蚤月 后 可能会使得 云藻晕蚤 压磁系数的最优偏置磁场降低到 苑远 韵藻援 图 源摇 匀遭蚤葬泽 越 苑远 韵藻袁云藻晕蚤袁云藻悦怎晕遭杂蚤月辕 云藻晕蚤 沿曾方向上的磁场 分布 图 缘摇 匀遭蚤葬泽 越 圆园园 韵藻袁云藻晕蚤袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 沿曾方向上的磁场 分布 摇摇磁电层合结构 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 谐振时的 磁电电压转换系数为咱员猿暂 咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏 咏琢酝耘 越 愿匝皂藻糟澡 灶渊员 原 灶冤贼凿猿猿袁皂 凿猿员袁责 着猿猿 咱灶渊员 原 噪圆 猿员 冤泽耘 员员 垣 渊员 原 灶冤渊仔圆 垣 渊愿匝皂藻糟澡 原 仔圆 冤噪圆 猿员 冤泽匀 猿猿 暂袁渊圆冤 咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏咏 咏灶为磁致伸缩层的厚度与总厚度的比值袁 贼 为层合材 料总厚度袁 凿猿员袁责 为压电常数袁 泽匀 猿猿 袁泽耘 员员 分别为磁致伸缩 材料和压电材料的柔顺系数袁 着猿猿 袁噪猿员 分别为压电材 料的介电常数和机电耦合系数袁匝皂藻糟澡 为层合材料的 机械品质因数援 可以看出 琢酝耘 邑 凿猿猿袁皂 袁 云藻晕蚤 具有很 小的 驻耘 效应渊 驻耘 越 员郾 远译冤袁因此 泽匀 猿猿 随偏置磁场 的变化不大援 不考虑压电层的影响时袁磁电电压转 换系数 琢酝耘 主要受到压磁系数 凿猿猿袁皂 的影响袁所以高 磁导率材料通过影响 云藻晕蚤 的压磁系数而影响层合 结构的磁电电压转换系数袁云藻晕蚤 的压磁系数最优偏 置磁场的降低使得层合结构的磁电电压转换系数 最优偏置磁场相应地降低援 猿郾 实验及结果分析 猿郾 员郾 压磁系数 摇摇实验样品 云藻悦怎晕遭杂蚤月袁云藻晕蚤 尺寸分别为 员圆 皂皂 伊远皂皂 伊 园郾 园圆愿 皂皂袁员圆 皂皂 伊远皂皂 伊 园郾 远 皂皂袁均沿 纵向磁化渊蕴 模式冤援 分别测量了 云藻晕蚤袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 的压磁系数袁其中 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 是使用环 氧树脂胶黏剂按照如图 猿渊糟冤配置将两者对称黏结曰 测量压磁系数时袁使用德国生产的 孕燥造赠贼藻糟 韵云灾鄄缘园园园 型多普勒测振仪渊蕴阅灾冤袁测得样品端面处的振动速 度自的振幅随偏置磁场的变化曲线援 根据公式 自越圆仔枣姿猿猿 袁凿猿猿袁皂 越 圆姿猿猿 辕 造匀葬糟 渊枣为样品振动频率袁 姿猿猿 为 样品纵向伸缩位移袁 造 为样品长度袁 匀葬糟 为激励交变 磁场冤可得磁致伸缩材料的压磁系数 凿猿猿袁皂 援 测试原 理图如图 远 所示曰其中偏置磁场 匀遭蚤葬泽 由一对环形 晕凿云藻月 永磁体渊内直径 猿 糟皂袁外直径 苑 糟皂袁厚度 员郾 源 糟皂冤产生袁调节磁铁间距可改变偏置磁场大小袁磁场 大小使用高斯计测量援 交变磁场 匀葬糟 越员韵藻袁采用长 直螺线管产生袁样品放在长直螺线管中部援 偏置磁 场和交变磁场都沿样品长度方向施加援 整个系统通 过计算机实现自动控制测量袁使用 蕴葬遭灾陨耘宰 软件对 仪器进行控制和数据采集援 图苑显示了样品的压磁系数随着偏置磁场的 变化曲线援 当 匀遭蚤葬泽 约 圆园园 韵藻 时袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 的压磁系数是 云藻晕蚤 压磁系数的 员要员园 倍袁其中在 匀遭蚤葬泽 越 缘缘 韵藻 处是 源 倍曰当 苑园园 韵藻 跃 匀遭蚤葬泽 跃 圆园园 韵藻 物理学报摇 粤糟贼葬 孕澡赠泽援 杂蚤灶援 摇 灾燥造援 远园袁 晕燥援 怨 渊圆园员员冤摇 园怨苑缘园远 园怨苑缘园远鄄 源摇摇摇摇图远摇 磁致伸缩材料振动特性测试系统 时袁两者的压磁系数近似相等援 从图中可以看出 云藻晕蚤袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤 压磁系数的最优偏置磁场分 别为 圆园园 韵藻袁缘缘 韵藻袁即加入 云藻悦怎晕遭杂蚤月 使得 云藻晕蚤 压 磁系数最优偏置磁场降低援 根据上文所述 云藻晕蚤 压磁 系数最优偏置磁场会降低到 苑远 韵藻 附近袁而实验值 为 缘缘 韵藻袁这是因为理论仿真并没有考虑胶层尧温 度尧以及实验中的其他干扰因素援 可以预测袁随着 云藻晕蚤 最优偏置磁场的降低袁 云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 的磁电电压转换系数的最优偏置磁场也应该降低 到 缘缘 韵藻 附近曰在低偏置磁场中袁随着压磁系数的增 大袁云藻悦怎晕遭杂蚤月 辕 云藻晕蚤辕 孕在栽 的磁电电压转换系数相对 于 云藻晕蚤辕 孕在栽 的磁电电压转换系数也将有所提高援 图 苑摇 云藻晕蚤 和 云藻悦怎晕遭杂蚤月辕 云藻晕蚤 的有效压磁系数 猿郾 圆郾 磁电谐振响应 摇摇制作了一种磁电层状复合结构袁如图 愿渊葬冤 所 示援 图 愿渊遭冤 为 蕴栽 模式坐标定义援 云藻悦怎晕遭杂蚤月袁云藻晕蚤 为测量压磁系数时的样品援 孕在栽 尺寸为 员圆 皂皂 伊远皂皂 伊 园郾 愿 皂皂袁沿厚度方向极化渊栽 模式冤援 使用环氧 树脂胶黏剂按照如图 愿渊葬冤 配置将三种样片对称黏 结援 蕴袁憎袁贼 分别表示长尧宽尧厚援 .

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