非晶/纳米晶软磁合金在流量传感器中的应用与研究

摘要

非晶纳米晶软磁合金是一类非常有应用前景的敏感材料，它的饱和磁感应强度高、起始磁导率高、矫顽力低、磁滞回线为矩形或扁平、在较宽频率范围内的有效磁导率高、铁芯损耗低、在工作温度范围内磁性稳定，具有优良的综合磁性。它特有的敏感机理使得它在各类电子电力器件中具有广阔的应用前景。而对于传感器技术的发展来讲，敏感材料是关键的问题，流量传感器也不例外，虽然流量传感器的研发和应用已经经历和很多年的历史，但由于流体工质的复杂性，及敏感材料和电子技术等方面的原因，一直约束着流量传感器的进一步发展。 本文从非晶合金磁性材料的敏感机理入手，分析了它应用在传感器上的物理基础，利用非晶纳米晶软磁合金具有高磁导率、低矫顽力等特点，并根据电磁感应的机理，设计并制作了一种无源传感探头。根据流体流动的特性，设计并制作了把流体流速转换成可测量的传动机构，并与传感探头组装在一起构成流量传感器，实现流体流速到电信号转变，从而实现了对流体流速的提取。设计了针对这种传感器输出信号的特点的一套信号处理电路系统，对来自传感探头的信号进行变换和提取，并利用89C2051这种芯片对提取的信息进行计算处理，并驱动显示装置把结果直观地告知用户。 传感器及其信号处理系统经过运行和调试后性能良好，传动机构和传感探头组合，能稳定而灵敏地实时输出包含流体介质运动情况的电压波形信号，经过信号处理系统后，直接显示输出流体的流速或流量。通水实验，该传感器的性能稳定，灵敏度高，具有一定的实用价值，较好地实现了软磁合金在实际中的应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪 论

1.1研究背景

1.2非晶纳米晶合金磁性材料

1.2.1非晶纳米晶合金的发展简介

1.2.1非晶、纳米晶合金的磁性能

1.2.2软磁合金在传感器中的应用

1.3流量传感器

1.3.1传感器及其发展概况

1.3.2流量传感器及其发展概况

1.4本课题研究的意义

1.5本论文的主要研究内容

第二章非晶合金磁性材料敏感机理及传感器应用

2.1非晶合金敏感功能变换

2.2非晶合金磁电式传感器设计机理

2.2.1非晶合金的电磁感应效应

2.2.2非晶合金的霍尔效应

2.2.3非晶合金的磁阻效应

2.2.4非晶合金大巴克豪森(Barkhausen)效应

2.2.5非晶合金的其他磁-电变换机理

2.3非晶合金的磁-机式传感器设计机理

2.3.1非晶合金的磁致伸缩与逆磁致伸缩效应

2.3.2非晶合金的Wiedemann效应和逆Wiedemann效应

2.3.3非晶合金磁性的大△E效应和大△G效应

2.4本章小结

第三章传感器结构的设计

3.1传感探头的设计

3.1.1设计思路

3.1.2探头结构的设计

3.2传感器传动机构的设计

3.2.1设计思路

3.2.2传动机构的设计

3.3本章小结

第四章信号处理

4.1信号的分析

4.2信号处理

4.2.1信号的放大

4.2.2滤波

4.2.3信号的变换

4.2.4信号的采样、计算及输出

4.3本章小结

第五章试验与调试

5.1运动机构的测试实验

5.2传感探头的测试实验

5.3信号处理系统的实验与调试

5.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢

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