Датчики механических величин на основе магнитоимпедансного эффекта в аморфных ферромагнитных сплавах

3.2.2 Датчики механических величин на основе магнитоимпедансного эффекта в аморфных ферромагнитных сплавах

Сильная зависимость импеданса проводника из аморфного ферромагнитного сплава от приложенного к этому проводнику механического напряжения позволяет создать малогабаритные датчики механических величин, которые не содержат катушек индуктивности (рис. 14). Отсутствие кристаллической решетки в аморфных ферромагнетиках делает их более чувствительными к внешним факторам, в том числе механическим, так как величина энергии анизотропии, которую необходимо преодолеть с помощью внешнего воздействия, значительно ниже, чем в кристаллических ферромагнетиках.

Рис. 14 Простейшие конструкции механических датчиков на основе магнитоимпедансного эффекта в аморфных ферромагнитных сплавах: А.Ф.П. – аморфный ферромагнитный проводник; К₁ и К₂ – контакты.

Магнитоимпедансные датчики имеют выходной сигнал в виде амплитуды переменного напряжения высокой частоты и поэтому могут иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику в диапазоне частот от 0 до единиц МГц. Серьезным преимуществом механических датчиков на основе магнитоимпедансного эффекта является их высокая термостабильность. Такие датчики имеют высокую чувствительность, так как в них максимум изменения сигнала ΔU/U, соответствующий Δl/l или Δσ/σ, имеет место на начальном участке характеристики магнитоимпедансного эффекта, когда Δl/l в результате продольной магнитострикции составляет всего лишь сотые доли от величины магнитострикции насыщения.

На основе магнитоимпедансного эффекта возможно создание приемо-передающих высокочастотных акустических устройств.

В магнитоимпедансных датчиках прием и возбуждение осуществляется по току, а не по напряжению. Поэтому магнитоимпедансные датчики являются низкоомными широкополостными элементами, что во многих случаях может оказаться удобным при согласовании с акустической нагрузкой и с применением электронной схемой. На базе магнитоимпедансного акустического приемо-передающего устройства, выполненного на основе аморфных ферромагнитных лент или пленок, могут быть созданы адаптивные высокочастотные приемо-излучатели упругих волн с управляемой диаграммой направленности и хорошим согласованием с акустической средой.

Возбуждение высокочастотных упругих колебаний в аморфных ферромагнитных лентах и пленках при магнитоимпедансном эффекте позволяет создать акусто-оптические модуляторы и дефлекторы для систем оптической обработки информации. При работе на отражение в поляризованном свете такие акусто-оптические элементы могут одновременно выполнять функцию поворота плоскости поляризации отраженного света.

Заключение

В данной работе был проведен анализ и синтез работ, посвященных теме исследования, в ходе которых были выявлены следующие теоретические положения:

- импеданс проводника определяется магнитоиндуктивной составляющей и толщиной скин-слоя;

- для существования ГМИ-эффекта принципиальным является магнитная мягкость материала;

- величина упругих растягивающих напряжений приводит к изменению максимального и начального значения импеданса проводника;

- характер изменения максимального и начального значения импеданса при изменении упругих напряжений и температуры зависит от частоты переменного тока, протекающего по образцу;

- существует три температурных диапазона, в которых влияние упругих растягивающих напряжений на ГМИ-эффект в аморфных фольгах имеет различный характер.

В данной работе описаны две методики исследования магнитного импеданса. Автор работы на практике ознакомился с одной из установок, находящейся в Лаборатории магнитных явлений на базе ИГПУ, и принципом её работы.

Были рассмотрены возможности практического применения магнитного импеданса, а именно возможности создания датчиков на его основе. Основными достоинствами применения ГМИ-материалов является их чувствительность к внешним факторам, относительно низкая стоимость изготовления и скорость обрабатывания.

Список используемой литературы

1.  Бозорт Р. Ферромагнетизм./Пер. с англ./Под ред. Е.И. Кондорского, Б.Г. Лившица. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1956.

2.  Боровик Е.С., Еременко В.В., Мильнер А.С. Лекции по магнетизму. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Физматлит, 2005.

3.  Курляндская Г.В. Гигантский магнитный импеданс и его связь с магнитной анизотропией и процессами намагничивания ферромагнитных структур: докт. дис. – Екатеринбург, 2007.

4.  Сокол-Кутыловский О.Л. Исследование магнитоупругих свойств аморфных ферромагнетиков с целью их применения в магнитных и механических датчиках: докт. дис. – Екатеринбург, 1997.

5.  Ч. Киттель Введение в физику твердого тела.

6.  Антонов А.С. Магнитоимпеданс ферромагнитных микропроводов, тонких пленок и мультислоев при высоких частотах: докт. дис. – М.:2003.

7.  Моисеев А.А. Эффект магнитоимпеданса в магнитомягких проволоках на основе Fe и Co: дипломная работа.

8.  Анашко А.А., Семиров А.В., Гаврилюк А.А. Магнитоимпедансный эффект в аморфных FeCoMoSiB лентах// Журнал технической физики. – 2003. – том 73, вып. 4.

9.  Букреев Д.А. Воздействие внешних факторов на ГМИ-эффект в низкострикционных фольгах VITROVAC 6025Z: маг. дис.

10.  Priota K.R., Kraus L., Fendrych F., Svec P. GMI in Stress-Annealed Co77Fe8B15 Amorphous Ribbonsfor Stress-Sensor Applications// The 14^th European Conference on Solid-State Transducers, Copenhagen, Denmark. – 2000. - P. 753-754

11.  Bydzovsky J., Kollar M., Svec P., Kraus L., Jancaric V. Magnetoelastic prooerties of CoFeCrSiB amorphous ribbons – a possibility of their application// J. Electrical Engineering. – 2001. – V. 52. – No. 7-8. – P. 1-5.

12.  Bordin G., Buttino G., Cecchetti A., Poppi M. Temperature dependence of magnetic properties and phase transitions in a soft magnetic Co-based nanostructured alloy// J. Phys. D: Appl. Phys. – 1999. – V. 32. – P. 1795-1800.

13.  А.В. Семиров, А.А. Моисеев, В.О.Кудрявцев, Д.А. Букреев, Г.В. Захаров Установка для исследования влияния температуры и механических напряжений на магнитоимпеданс магнитомягких материалов.