磁电层状复合材料磁场传感器输出特性及信号处理技术的研究

摘要

超磁致伸缩材料除了具有高的磁致伸缩性能外，还具有输出功率大，能量密度高等优点。磁电层状复合材料是由超磁致伸缩材料与压电陶瓷材料复合而成，复合后的材料具有更大的磁电转换效应。 本文分析了磁电层状复合材料磁场传感器的工作原理，确定了磁电层状复合材料的磁电系数，并对磁场传感器的电磁线圈和结构及封装进行了设计。利用实验测试系统，对制作的磁场传感器进行了一系列实验研究。通过偏置电流与静态应变的关系实验确定了超磁致伸缩材料应变性能的时间稳定性以及外加直流偏置电流在2A～5A 范围内磁场传感器具有较好输出特性。在预加直流偏置磁场的条件下，对采用磁场传感器测量交流磁场的重复性进行了研究。通过预加交流偏置磁场测直流磁场的实验，确认应用制作的磁场传感器可以测量直流磁场。为了方便快捷的读出传感器测试的磁场的大小和频率，设计了信号处理电路。系统采用TMS320LF2407型DSP作为主控制和处理单元，仪表放大器采用MAX412高精度仪表放大器，低通滤波器采用的是八阶低通滤波器MAX291，A/D转换由DSP自带模块完成,显示部分采用的是液晶模块。其中还包括一些辅助电路，如电平转换电路，显示部分的驱动电路等。