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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
磁传感器是地磁导航系统的关键器件，其性能的高低直接影响着地磁导航系统的定位精度，因此成功实现地磁导航定位的关键技术之一是新型低成本、高灵敏度、快速响应的地磁测量传感器的研制。而巨磁阻抗效应（GMI）的发现，为实现这种高性能磁传感器提供了可能。近年来，采用非晶合金GMI材料实现磁传感器逐渐成为磁传感和测量领域的研究热点。本文以非晶合金薄带为研究对象，以提高其GMI阻抗变化率和磁场灵敏度，实现高灵敏度GMI磁传感器设计为目标，对非晶合金薄带的GMI效应产生机理、影响因素等进行了理论分析和计算，并在此基础上，针对非晶合金薄带的磁阻抗特性和性能优化开展了一系列的热处理实验，极大提高了GMI应用性能。利用实验中获得的GMI敏感材料，开展了高灵敏度GMI磁传感器的设计，对GMI磁传感器内部灵敏度和噪声特性进行了分析和讨论。论文主要创新成果如下：1、针对CoFeSiB非晶合金薄带的GMI效应及其性能优化，研究了退火温度、退火时间和磁场强度参数对GMI效应的影响，开发了一套优化的磁场退火工艺方法。采用纵向磁场退火处理获得的最大阻抗变化率为520%，相应的磁场灵敏度达到了125%/Oe；采用横向磁场退火处理获得的最大阻抗变化率为320%，相应的磁场灵敏度为195%/Oe。该方法明显改善了材料的微结构和磁电性能，使材料的GMI特性得到了充分提高，为高灵敏度GMI磁传感器设计提供了核心材料。2、针对传统GMI效应在零场附近因对称性而表现出低灵敏度和非线性题目，研究了非晶合金薄带的非对称巨磁阻抗效应（AGMI），依据交换偏置AGMI效应原理，针对CoFeNiSiB非晶合金薄带，采用一种特殊的磁场退火工艺方法，使材料获得了显著的AGMI效应。测量频率低于1MHz下的GMI曲线表现为非对称单峰特性，在0.5MHz频率下的磁场灵敏度达到最大（约276.5%/Oe），为实现AGMI效应在高灵敏度磁传感器的设计应用奠定了技术基础。3、利用磁场退火工艺所获得的材料GMI特性，实现了一种高灵敏度GMI磁传感器设计。该传感器利用磁场退火处理后的CoFeSiB非晶合金薄带作为敏感元件，采用直流偏置，在开环测试条件下获得了较高的灵敏度；采用磁场负反馈技术构成闭环检测，改善了线性度，提高了测量范围。利用实验中获得的非晶合金薄带AGMI性能，实现了一种无偏置的高灵敏度AGMI磁传感器设计。该传感器以CoFeNiSiB非晶合金薄带为敏感元件，采用相敏检波电路检测，经开环测试，使传感器获得了较高的灵敏度；同样利用磁场负反馈技术构成闭环检测，使线性度和测量范围都得到了提高。采用AGMI效应设计的磁传感器，激励频率相对较低，无需直流偏置，能降低传感器功耗，提高灵敏度和线性度。4、针对GMI磁传感器内部灵敏度和噪声特性题目，根据非晶合金薄带的内部灵敏度和噪声理论模型，提出了对非晶合金薄带敏感元件进行优化的方案，并进行了仿真计算分析。结果表明，理论磁噪声达到了 数量级，直流偏置场能够减小元件的磁噪声。从优化的角度来说，灵敏度的进一步增大并不会有效提高传感器性能，反而会降低传感器的稳定性，无益于传感器信噪比的改善。在灵敏度、磁噪声和稳定性方面采取折衷的方案对GMI敏感元件进行优化是合理的，这为实现高灵敏度、低噪声和稳定性好的GMI磁传感器提供了理论依据。 |
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发表于 2022-9-17 10:49:55
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