Vot.15 Nol 非晶软碰合金在传感器中的应用 ·105· (又称为双稳态效应或Wiegand效应)以及Co基非晶材料用于磁场和位移探测性能进行 了初步研究。 1Fe基非晶带环形铁芯的微压力传感器 具有高i值的F基非品环样与多谐振荡桥电路相联接，构成了简单、实用的具有直 流输出电信号的压力探测系统。当对非晶环形铁芯施加压力时，得到爱性度良好、灵敏度 高、并且与所施压力成正比的宜流数字电压输出关系（知图1所示），Fe4CuNb:Si3B, 制备态非晶环形铁芯的灵敏度高达285V/N,线性度高、滞后小。FegS,B,?非晶铁芯 制备态下灵敏度为0.4V/N,但在退火处理后(300℃、45min、Ar气)，其灵敏度提高 到0.7V/N,且线性度及滞后性能均有改善。除合金成分以及热处理对传惑性能有很大 影响外，非晶带的厚度对灵敏度也有显著影响。非晶带厚度越薄，灵敏度越高，加力量程 越小。 由于Fe基非晶带具有高磁致伸缩系数（亿，约为35×10），当非晶环形铁芯受到压 力作用后，因应力与磁致伸缩的耦合效应，使得磁化的难易程度发生变化，也即导磁率发 生变化。在多谐振荡桥路中，环形铁芯的电感L与虚负载电阻R构成电桥，在不受方作 用时，电桥平衡，输出电压为零；而当环形铁芯受力作用下，从电感公式(L=)可以 得知，当匝数n和体积V不变时，导磁率μ的变化将引起环样电感的变化。而电感量的 变化将导致电桥的不平衡而使之产生输出电压，从而完成压力一直流龟玉输出的转换，实 现微压力的高灵敏度测量。本文所用单铁芯非晶敏感元件的灵敏度与中科院物理所研制的 双铁芯非晶微力传感器的灵敏度(15mV/N)相比提高了许多倍，在应用上具有较大的 潜力。 2零磁致伸缩非晶带磁场及位移传感器 4 C0基零磁致伸缩非晶合金Fe4.C00B1sSi0与多谐振荡桥路相结合可构成快速响 应、高灵敏度的磁通传感器。其铁芯探头的排布见图2所示。分离的两铁芯排布法（图2） 适合于调整探测磁场的灵敏度以及线性探测范围，可通过选择非晶带的长度L,来达到。 如图3所示，【，增加时，灵敏度提高，线性探测范围则减小。将单根非晶带放置于两铁芯 绕组之中时（如图2b、c),由于具有较小的退磁场，使得灵敏度大为提高。磁场探测的 灵敏度高达14mV/A·m',在未加放大电路装置的情况下，很容易探测到小至 0.008A/m的静态磁场，并且线性度和滞后性能很好。 当在铁芯前放置一个小磁铁时，可构成位移传感器，其位移-电压输出特性如图4所 示，灵敏度高达30mV/mmi,线性探测范围达10mm左右。 由于选择的两个磁芯的形状和磁性能都相同，磁芯1和2平行串联反接，处于同一兹 场强度为H的被测磁场中，激磁磁场在两磁芯中方向相反。当被测磁场为零时，磁芯的 磁感应强度波形上下对称，在两铁芯的电感与两电阻组成的桥路中，两电惑相等，桥 路平衡，输出电压为零。当沿磁芯的轴向有被测磁场H作用时，每个磁芯所产生的交变 磁感应强度在正负半周的饱和程度不同，分别为：V o l 。 15 N o l 非晶软磁合金在 传感器中的应 用 10 5 ( 又称为 双稳态效 应 或 w i e g an d 效应 ) 以 及 C o 基非 晶材料用 于磁 场和位 移探测 性能 进行 了初步研究 。 1 F e 基非晶带环形铁芯 的微压力 传感器 具有高 元 , 值的 F e 基非 晶环 样与 多谐振荡 桥 电路 相联 接 , 构 成 了 简兰 、 实用 的 具 有直 流输 出 电信号 的压 力探测 系统 。 当对非 晶环形 铁芯 施加 压力时 , 得到 线性 度 良好 、 灵敏度 高 、 并且与 所施压 力 成 正 比 的 宜流 数字 电压 输 出关 系 处如 图 1 所 示 ) 。 F 热 C u : N b 3 iS : 3 B 9 制 备态 非晶 环 形 铁芯 的灵 敏度高达 2 85 V / N , 线 性度 高 、 滞后小 : F 卜: 又g B : 。 非 晶铁 芯 制 备 态下 灵 敏 度为 .0 4 V / N , 但在 退火处 理后 ( 30 0℃ 、 4 5 m i n 、 A r 气 ) , 其 灵敏 度 提 高 到 O . 7 V / N , 且线性 度及 滞 后性能 均 有改 善 。 除 合金 成 分 以 及热 处 理 对传 感 性 能 有很大 影响外 , 非 晶带 的厚度对灵 敏 度也 有显 著影 响 。 非 晶带 厚度越 薄 , 灵 敏度 越高 , 加 力 量程 越小 。 由于 F e 基非 晶带具有高磁致 伸缩 系数 礼.(} s 约 为 35 x l 0 一 与 , 当非 晶环 形 铁芯 受 到压 力 作用 后 , 因应 力与磁致伸缩的藕 合效 应 , 使 得磁化的 难易程度 发生 变化 , 也即导 磁率发 生变化 。 在 多谐振荡桥路 中 , 环 形铁芯 的 电感 L 与 虚 负载 电阻 R L 构成 电桥 , 在 不受 力作 用时 , 电桥平 衡 , 输 出 电压为 零 ; 而 当环 形 铁芯 受 力 作用 下 , 从 电 感公 式 (L = 卿 2 功可 以 得知 , 当 匝数 n 和体积 犷 不变时 , 导磁率 乒 的变 化 将 引起环 样 甩感 的变 化 。 而 电感量 的 变 化将导 致 电桥 的不平衡而使之产生 输出电压 , 从 而 完成 压 力 一 直流 电压 输 出的 转换 , 实 现微 压 力的 高灵 敏 度测 量 。 本文所 用单铁芯 非晶敏感 元件的灵 敏 度与 中科院 物理 所研制的 双铁 芯非 晶微 力传感器 的灵 敏 度 ( 15 m V / N ) 相 比 提高 了许 多 倍 , 在 应 用上具有较 大约 潜 力 。 2 零磁致伸缩 非 晶 带磁场 及位移 传感器 C 。 基零 磁 致 伸缩 非 晶 合 金 F 气 7C o .70 3 B 15 iS : 。 与 多谐 振 荡 桥 路相 结 合 可 构 成 快 速 响 应 、 高灵敏 度的 磁通传感器 。 其铁芯 探头 的排 布见 图 2 所示 。 分离 的两铁 芯排布法 (图 Z-a) 适合于调 整探测 磁场 的 灵敏 度以 及 线性 探测范 围 , 可通 过 选择非 晶带 的长 度 心来达 到 。 如 图 3 所示 , lr 增加时 , 灵 敏度提 高 , 线性探测范 围则 减 小 。 将 单根 非 晶带放置于两铁 芯 绕组之 中时 ( 如图 Zb 、 c ) , 由于具有较小 的退磁场 , 使得 灵 敏 度大 为提 高 。 磁 场 探测 的 灵 放 度 高达 14 m v / A · m 一 , , 在 未 加放 大 电 路 装 置 的 情 况 下 , 很容 易探 测 到 小 至 O . 0 8A / m 的静态磁场 , 并且 线性度和滞后性能很好 。 当在铁芯 前放 置 一个小磁铁时 , 可 构 成 位移传感器 , 其 位 移一 电压 输 出特性如 图 4 所 示 , 灵敏 度高达 3 0 m V / m 苗 , 线性探测范 围达 10 m m 左右 。 由于 选择 的两个磁芯 的形状 和磁性能都相 同 , 磁芯 1 和 2 平 行 串联反接 , 处 于 同一 滋 场强度为 eH : 的被测磁场 中 , 激磁 磁场在两 磁芯 中方 向相 反 。 当被测 磁场为 零时 , 磁芯 的 磁感 应强度波形上下 对称 , 在两铁芯的 电感与两 电阻 R L 组 成的 桥路 中 , 两 电感相等 , 桥 路平 衡 , 输 出电压 为零 。 当沿磁芯 的轴向有被测磁场 从 、 作 用时 , 每 个磁芯 所产生 的交变 磁感应 强 度在正负半周的 饱和程度不 同 , 分 别为 :