【摘 要】
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磁电层合材料可以实现磁场和电场之间高效的转化,且具有机械性能优异、环境适应性强、经济实用性好等优点。因此被广泛地应用在磁场传感器、电流传感器、磁电倍频器、回转器和位移传感器等器件。本文从构成磁场传感器两个重要组成部分（磁致伸缩相和压电相）的性能分析入手,在理论推导、有限元仿真分析、实验研究三个方面,对磁场传感器的输出特性以及影响其输出特性的因素进行分析。在超磁致伸缩材料非线性本构模型的基础上,推导
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磁电层合材料可以实现磁场和电场之间高效的转化,且具有机械性能优异、环境适应性强、经济实用性好等优点。因此被广泛地应用在磁场传感器、电流传感器、磁电倍频器、回转器和位移传感器等器件。本文从构成磁场传感器两个重要组成部分（磁致伸缩相和压电相）的性能分析入手,在理论推导、有限元仿真分析、实验研究三个方面,对磁场传感器的输出特性以及影响其输出特性的因素进行分析。在超磁致伸缩材料非线性本构模型的基础上,推导了磁致伸缩相的应变e、杨氏模量E、压磁系数d33和相对磁导率μ等核心参数的动态表达式,分析了压电材料的各项性能参数,对磁场传感器的等效电路模型进行优化。搭建了磁致伸缩材料磁特性测试平台,分别测试了三种典型磁致伸缩材料（Terfenol-D、Fe-Ga、Fe-Co-V）的磁特性,选取Fe-Ga作为测量中低磁场时磁场传感器压磁相的材料,并且对Fe-Ga材料的动态磁致伸缩系数、柔顺系数、机械耦合系数以及磁滞特性等参数进行了实验研究。建立了Fe-Ga/PZT-5H磁场传感器三维有限元模型,分析了磁场传感器工作时其内部磁场、应力以及电场的大小和分布情况;分析了非对称模式和对称模式时,磁场传感器的受力分布云图、磁场分布云图以及感应电压分布云图;分析了不同压电材料、两相体分比、长宽比以及预应力等因素对磁场传感器输出特性的影响。设计并制作了L-T型Fe-Ga/PZT-5H/Fe-Ga磁电层合磁场传感器样机;搭建了磁场传感器磁电特性测试平台;测试了磁电层合磁场传感器的输出特性;分析了偏置磁场、压磁相与压电相体积比等因素对磁电系数的影响。
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