非晶软磁合金在传感器中的应用

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1993.01.019 第15卷第1期 北京科技大学学报 Vol.15 No.1 1993年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.1993 非晶软磁合金在传感器中的应用 王红霞* 杨国斌· 王润· 摘要：研究了传惑器敏惑元件的高磁致伸缩F©基、零磁致伸缩C0基非品琳和非晶丝的微压 力探测性能、磁场与位移探测性能、Wicgand型尖锐脉冲电压性能。Fc基非晶带环形铁芯具有 良好的线性度，灵敏度高达2.7V/N。Co基非晶带磁场及位移探测元件灵敏度为14mV/A· m',位移探测灵敏度达30mV/mm,线性探测范围达100mm左右。 关键词非品，传感器，Wiegand型尖锐脉冲 The Application of Amorphous Soft Magnetic Alloy in Sensor's Elements Wang Hongxia'Yang Guobin'Wang Run' ABSTRACT:The properties of the Wiegand-type sharp voltage pulses and detectment of the small pressures,the static magnetic field and the displacement have been reaserched for the highly magnetostrictive Fe-based amorphous ribbons and wires,low or zero magnetostrictive Co-based ribbons and wires used for sensor's elements.The Fe-based amorphous ribbon-woud cores have good linearity and very high sensitivity.The sensitivity to pressure is high as 2.7V/N.Cobaese amorphous ribbons have good linearty and sensitiv- ity (14mV/A.m).The sensitivity to displacement is 30mV/mm,and the linear range is about 100mm KEY WORDS:amorphous,sensor's elemens,wiegand-type sharp voitage pylses 非晶态合金传感器按其所用非晶态传感材料特性的不同，可分为两大类：(1)采用零 磁致伸缩合金，利用其对磁场反应极其敏感，可制作高灵敏度的磁通传感器、电流传感器 等。(2)采用高磁致伸缩合金，又可分为利用其超声传播效应作为距离、平均温度、压力 等传感器材料；利用应力一磁效应用作应力等敏感传感器（包括压力、转矩传盛器等）： 利用大巴克寮森或Mattencci效应作为稳定脉冲发生元件和谐被发生元件等。日本九州工 业大学的毛利佳年雄等人自1978年以来，对非品材料作为应力、位移、应变、冲击、磁 场、转矩、电流等传惑器敏感材料进行了一系列的研究。国内尚未见到传感器用非品敏感 材料的系统研究报道。本文对Fe和Co基非晶材料的应力-磁效应、大巴克条森效应 1992-06-07收稿 幸材料科与工程系(Department of Materials Science and Engineering) 第一作者王红过女30博士生

第 15 卷 第 1期 19 93 年 l 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U o i v e rs i t y o r s c i e o c e a n d T e c仙 o l o g y B e i万。 g V o l . 1 5 N o . l J a . 。 19 9 3 非晶软磁合金在传感器 中的应 用 王 红 霞 ’ 杨 国斌 * 王 润 ’ 摘要 : 研 究 了传感 器敏感 元件的 高磁致伸缩 Fe 墓 、 零磁致伸缩 C 。 基非 晶带 和非 晶丝 的微压 力探测性能 、 磁场与位移探 测性能 、 w i ge na d 型尖锐脉冲 电压性 能 。 Fe 基非晶带环形铁芯 具有 良好的线性 度 , 灵 敏度高达 2 . 7V / N 。 C 。 墓非 晶带 磁场 及位移探侧元 件灵 敏度为 14 m V / A · m 一 ’ , 位 移探测灵敏度达 30 m v / ~ , 线性探测范围达 l o m m 左右 . 关 健词 非 晶 , 传感 器 , w i e g an d 型 尖锐脉冲 T h e A p p li e a t i o n o f A m o r p h o u s S o ft M a g n e t i e A ll o y i n S e n s o r ` 5 E l e m e n t s 砰 a n g H o n群’la ` aY n g G u o b l’n . 牙 an g 尺u n ’ A B S T R A C T : T h e p r o Pe r t i e s o f t h e W i e g a n d 一 t y p e s h a r p v o lt a g e Pu l s e s a n d d e t e e t m e n t o f t h e s m a ll P r e s s u r e s , t h e s t a t i e m a g n e t i e if e ld a n d t h e d i s P l a e e m e n t h a v e b e e n r e a s e r e h e d fo r t h e h i g h l y m a g n e t o s t ir e t i v e F e 一 b a s e d a m o r p h o u s r ib b o n s a n d w i r e s , l o w o r z e r o m a g n e t o s t ir e t i v e C o 一 b a s e d ir b b o n s a n d w i r e s u s e d fo r s e n s o 产5 e l e m e n t s . T h e F e 一 b a s e d a m o 甲h o u s ir b b o n 一 w o u d e o r e s h a v e g o o d li n e a ir t y a n d v e r y h ig h s e n s i t i v it y . T h e s e n s it i v it y t o p r e s s u r e 1 5 h i g h a s Z , 7 V / N . C o b a e s e a m o 印h o u s ir b b o n s h a v e g o o d li n e a r t y a n d s e n s it i v - it y ( 14 m v / A · m 一 ’ ) , T h e s e n s i t i v it y t o d i s p l a e e m e n t 1 5 3 o m v / m m , a n d t h e 一i n e a : : a n g e 1 5 a b o u t 1 0 0 m m K E Y W O R D S : a m o 印 h o u s , s e n s o r ` 5 e l e m e n s , w i e g a n d 一 t y p e s h a 印 v o lt a g e p y l s e s 非 晶态 合 金传感器 按其 所用 非 晶态传感材料特性 的不 同 , 可 分为 两大类 : ( l) 采用 零 磁致 伸缩合 金 , 利 用 其对 磁场反 应极其敏 感 , 可制作 高灵 敏 度的 磁通 传感器 、 电流传感器 等 。 (2 ) 采用 高磁致伸缩 合金 , 又可 分为 利用 其超声传播 效 应作为距离 、 平 均温 度 、 压 力 等传感器材料 ; 利用 应 力 一磁 效 应用 作应 力等敏 感传感器 ( 包括 压 力 、 转矩传感 器等 ) ; 利 用大 巴克豪森或 M at t en c i 效应 作 为稳定脉冲发 生元件和 谐 波发 生元 件等 。 日本九州 工 业大 学 的 毛 利 佳年 雄等人 自 1 9 7 8 年 以来 , 对非 晶材料作为应 力 、 位移 、 应 变 、 冲击 、 磁 场 、 转矩 、 电流等传感器 敏感材料进行 了一 系列的研 究 。 国内尚未见 到传感 器用 非 晶敏感 材料的 系统 研 究报道 。 本文对 F e 和 C 。 基 非晶 材料的 应力 一 磁 效 应 、 大 巴 克豪森 效应 1 9 92 一 0 6 一 0 7 收稿 . 材料科学与 工程 系(D e p a r t m e n t o f M a t e ir a l s s e i e n e o a n d E n g i n e e ir n g ) 第一作者 王红般 女 30 博 士生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1993. 01. 019

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 :

·106· 北京科技大学学报 1993.No.1 B(t)=B.(t)+M (t)Hx B2(t)=-B(t)+M(t)Hex 其中B()为激磁磁场，在磁芯中产生的磁感应强度。从而磁芯1和2在某时刻t 下，具有不同的磁化状态，分别对应于不同的磁导率。铁芯磁导率的变化引起铁芯电感的 变化，使之从L,和L2分别变为L+△L及L2-△L,改变了电桥的平衡，从而产生出与 被测磁场大小成正比的直流电压讯号输出，完成了磁场（位移）的探测。 600 Fe,Cu No,SiuB, 500 淬态 退火态 Hk- Fe Si,Ba 1三。 A型一,+ (a) 400 t一心尸o 300 B型= (b) 200 悴态 a a a0= 0 Fe SiB C型 100 (c) a'M= 0 00.160.320.480.640.80 P/N 图1非晶环形铁芯压力P与EDc的关系 图2非品铁芯的排列方式 Fig.1 Epc versus P characteristics with or with. Fig.2 Arrangement of amorphous cores out amorphous core annealing 2400 FeCon.R.i 2400 FeConBSin 2000 40mm 2000 1600 1600 =093 1200 27mm 1200 磁体一 =5 800 800 400 ,=10mm 400 0 4896144192240 0 H/A·m-I 0 100 200300 400500 1围3A型铁芯非晶带长度，对H.与Eoc的 x/mm 转换关系的影响 图4位移探测性能 Fig.3 Epc versus H characteristics with the Fig.4 Diplacement sensing characteristics parameter/,for type A cocs

· 0 1 6 · 北 京 科 技 大 学 学 报 19 3 . 0 N . l B : f t ) = B 。 ( t ) + M a ( t H ) e x B Z ( t ) 一 = B e ( r ) + M a ( t H ) e x 其 中 凡 (t 为激) 磁 磁场 , 在磁 芯 中产生 的 磁 感 应 强 度 。 从 而 磁芯 1 和 2 在某时刻 t 下 , 具 有不 同的磁 化状态 , 分 别对应干不 同的 磁导 率 。 铁芯 磁导 率的 变化引起铁芯 电感 的 变 化 , 使 之 从 L : 和 L : 分别 变为 lL + △ L 及 几 一 △ L , 改 变了 电桥的 平衡 , 从 而产生 出 与 被测磁场大小成正 比 的直流电压 讯号 输出 , 完成 了磁场 ( 位移 ) 的探测 。 _ 亨 乓 C叭Nb 声i : , B, 万 了 徉` ’ 口 艺 ’ / 卜 cI州 仰知 人 型 ( a ) ~ 一一 - lt ` 一二石 、才Aut 姗劝 期叨。 0 Q 16 .0 32 .0 48 Q 必 .0 80 P/ N 图 1 非晶环形铁芯压力 p 与 oE 。 的关系 F i g . l 几 e v e r s u s P e h a ar e te ir s t i e s w i t h o r w i t h o u t a m o rP h o u s e o r e a n n e a li n g 图 2 非晶铁芯的排列方 式 Fi g . Z A r a n g e m e n t o f a m o rP h o u s c o r e s .eF 尹助 力 尹注51 . { 工 ~ , 镖蚕{ 一、一 “ ` 门 T _ 戊_ _ 一 又 _ . 一 污 卜一 一. . . . . 叫. 一 . 一 { 飞才A三 氏尹Q , , R :尸 ` 。 扩 / { 尸减厂 飞闺Aul 月盯A · m 一 , l 图 3 A 型铁芯非晶带长度 lr 对 eH : 与 oE 。 的 转换关系的影响 F ig · 3 E o e v e sr u s cH : e h a r a e t e ir s t i e s w i t h th e x / In n l 图 4 位 移探测性 能 F i g . 4 D i p l a e e m e n t s e n s i n g c h a r a e t e ir s t i e s p a r a m e t e r 心fo r t y p e A e o e s

Vol.15 Nol 非晶软碰合金在传感器中的应用 ·107· 3非晶合金的双稳态效应 高磁致伸缩F基非晶带与非晶丝以及零或近零磁致伸缩C0基非晶带与非晶丝都具 有明显的尖锐脉冲电压出现。深测系统对它们在不同频率的交流激磁场、不同样品长度、 制备态及退火态下的尖锐脉冲进行了观测。尖锐脉冲的形状如图5所示。在普通金属材料 如F锯条中感应出的是正弦电压波形；而非晶带和非晶丝则表现出明显的尖锐脉冲电压 波形。退火后其尖锐脉冲的变化并不显著。由表1可以看出，近零磁致伸缩的C0基非晶 的尖锐脉冲与高磁致伸缩的F基非晶相差不大，某些C0基非晶的脉冲尖锐性甚至高于 F基非晶材料，这说明应力-磁致伸缩效应并不是产生尖锐脉冲的必要条件，零磁致伟缩 的C。基非晶也具有明显的尖锐脉冲双稳态效应。非晶丝与非晶带相比，往往具有较低的 脉冲高度及更窄的脉冲半高宽。实验中还发现，随着样品长度的增加，珠中高度增大，并 且脉冲半高宽下降，即脉冲越尖锐。能产生尖锐脉冲的最低长度为0.3cm左右。从图6 可看出，当样品长度不变时，脉冲高度随激磁场频率的提高而提高。 通过观测动态磁滞回线形态可以看出，当激磁场大于7.9A/m后，F基非晶丝迅 速发生壁移磁化过程，磁盛应强度发生突变，也即发生大巴克豪森跳跃。从而在探测线爵 中感应出尖锐脉冲电压。 表15cm长样品在1kHz.160A/m激磁场下的脉冲 Table.1 The sharp voltage pulses of 5cm length specimens at 1kHz and 160A/m 样品（深测线图900匝） 脉冲高度(mV) 脉冲半高宽(us) FeCoCr3SigB14非晶丝 137 70 Fc,aCo1 CraSiB14非晶带淬火 370 90 FenCoCraSigB!4非品带退火 305 72 F4,Co0B1Si1o非晶丝 117 60 F4,C00.B1sSi1o非晶带淬态 390 82 F4,C00.Si1oB1g非晶带退火 360 95 (Fco.6Cog)12.sSi12sB1s制备态 335 80 FensSigB1:非晶带、制备态 375 100 毛利.佳年雄等学者9)认为，磁致伸缩数较高的F基非晶表现出的尖锐脉冲现象， 是由于制备过程中急冷淬人内应力与磁致伸缩的相互作用而导致大巴克豪森跃而产生 的。当畴壁形核临界场远大于壁物临界场时，则产生大巴克豪森跳跃。本实验中不但高磁 致伸缩非晶具有尖锐脉冲现象，而且近零磁致伸缩非晶也有此现象，并且退火消除内应力 的情况下尖锐脉冲变化不大。这些结果说明内应力一磁致伸缩引起的各向异性不是尖锐泳 冲产生的必要条件。本实验研究中发现非晶材料所特有的外硬内软磁结构以小非晶带表面 部分取向微晶相的存在对尖锐脉冲有着显著影响

V o l . 15 N o l 非晶 软磁合金在传感器 中的应用 10 7 3 非 晶合金的 双稳态效应 高磁致 伸缩 F e 基非晶带 与非 晶丝 以 及零 或 近零 磁致 伸缩 C 。 基非 晶 带 与非 晶丝 都具 有 明显 的尖 锐脉冲 电压出现 。 探侧 系统对 它 们在不 同频率 的 交流 激磁场 、 不 同样 品长度 、 制备态及 退火态 下的 尖锐 脉冲 进行 了观测 。 尖锐 脉 冲的形状 如 图 5 所示 。 在普 通金 属材料 如 F e 锯 条 中感应 出的是正弦 电压 波 形; 而 非晶带和 非 晶丝则 表现 出明显的尖锐脉 冲 电压 波形 。 退火后其尖锐脉冲的变 化 并不显著 。 由表 1可 以看出 , 近零磁致伸缩 的 C 。 基 非 晶 的尖 锐脉 冲 与高磁致伸 缩的 F e 基非 晶相差 不大 , 某些 C 。 基 非晶的 脉 冲尖锐 性甚至 高于 eF 基非晶 材料 。 这说 明应 力一磁致 伸缩效 应并 不是 产生尖锐 脉 冲的 必要条 件 , 零 磁致 伸缩 的 C O 基非 晶也具 有明显 的尖锐脉冲 双稳态 效应 。 非 晶丝 与非晶带相 比 , 往 往具 有较 低的 脉冲高度及更 窄的脉冲 半高宽 。 实验 中还发 现 , 随着样品长 度的 增加 , 泳冲 高度 增大 , 并 且 脉冲 半高宽下 降 , 即脉 冲 越尖锐 。 能产 生 尖锐脉 冲的 最 低长度 为 .0 3翩 左右 。 从图 6 可 看出 , 当样品长度不 变时 , 脉 冲 高度随 激磁 场频率 的提高而提高 。 通过 观测动 态 磁 滞 回线 形 态 可以 看出 , 当激 磁场 大 于 7 , 69 A / m 后 , F e 基 非晶丝迅 速发生 壁移磁化过 程 , 磁感应强度发生突 变 , 也即发 生大 巴克豪森跳跃 。 从而在探测 线圈 中感应出尖锐脉冲 电压 。 表 1 sc m 长样品在 I k H z . 16 0 A , / m 激磁场下的脉冲 T a b l e . l T h e s h a r P v o l t a g e P u卜e s o f s e m l e n g t h s eP e而e ns a t l k H z 幼d 1 60 A / m 样 品〔探测线圈 9 0 匝) 脉冲 高度 (m V ) 脉冲半高宽伽s) ,夕0 2, 八乙`ùUn甘气,弋产少 00了0QU 0596337017 ,内人曰、, j 2 1曰ù甲泛,愧 F e : , C o , C r 3 s i o B I ; 非晶丝 F e : 4 c o , C r 3 S i s B 、 , 非晶带淬 火 F e , 4 C o 1C r 3 s i : B : : 非晶带退 火 F , . , C o : 。 . 3 B : 5 51 : 。 非晶丝 F 4 , c o , 。 j B 1 5 Si l 。 非晶带淬态 几泞 C o , o j s i , o B x s 非晶带退火 ( F e o . 6 C o 94 ) : 2 ` 5 1 12石 B 1 5 制备态 F e , , Si o B , , 非晶带 、 制备态 3 7 5 毛利 . 佳年雄等学者 二蛇 认为 , 磁致 伸缩数较 高 的 F e 基非 晶表现 出的 尖锐脉 冲现 象 , 是 由于制备过 程 中急冷 淬人 内应力 与磁 致 伸缩 的 相 互 作 用而导致大 巴 克豪森跳 跃而产 上 的 。 当畴壁 形核临界场远大 于壁 物临界场时 , 则产生大 巴克豪森跳跃 。 本实验 中不但高 滋 致 伸缩非晶 具有尖锐脉 冲现象 , 而且近 零磁致 伸缩非晶也 有此现象 , 并且退火 消除内应 力 的情况 下尖锐 脉冲变化不大 。 这些 结果说 明 内应 力一 磁致伸缩引起 的各向异性不 是尖锐泳 冲产生 的必要条件 。 本实验研究中发现非晶 材料所特有 的外 硬内软磁结构 以小非 晶带表面 部分取 向微 晶相 的 存在对尖锐 脉冲有着显 著影 响

·108· 北京科技大学学报 1993.No.1 =170s 11am长的 铁基非晶带 1000 ,=270mv 快基带 C0法排 Ilcm长的铁 100 基丝 10 铁锯条 0 100 5002000 1/Hz 围5感应电压波形比较 围6尖锐脉冲电压幅值与交流激磁场频率的关系 Fig.5 Shapes for the induced voltage pulses Fig.6 Relrelationship of the sharp voltage pulses with the ac exciting-fields freguench 4结论 (1)磁致伸缩Fe基非晶带适合于制作微力传感器敏惑元件，提高灵敏度的途径有： 提高磁致伸缩系数元，降低带厚度以及适当的热处理。 (2)C0基非晶适合于制作磁场及位移传感器的敏感元件，其线性探测灵敏度可通过 调整铁芯的配制，非晶铁芯的长度来达到。 (3)高磁致伸缩F基非晶带及零磁致伸缩Co基非晶带和丝均表现出明显的尖锐脉 冲电压效应。去应力退火对尖锐脉冲影响不大。脉冲高度随样品长度激磁场频率的提高而 提高；而尖锐脉冲半高宽则随之下降。 参考文献 1 Mohri K.IEEE Trans Magn,1978,14(5):1071 2 Mohri K.IEEE Trans Magn,1979,15(6):1806 3 Mohri K.IEEE Trans Magn,1983,19(5):2142 4 Mohri K.IEEE Trans Magn,1984,20(5):942 5 Mohri K.IEEE Trans Magn,1981,17(6):3370 6 Mohri K.IEEE Trans Magn,1984,20(5):2142 7 Hilzinger H R.IEEEE Trans Magn,1985,21(5):2020 8周军等.非品态微力传感器，第六届全国非品态材料和物理学术讨论会，1991,12,456 9 Yamasaki J,et al.J Appl Phys,1988,63(8):3949

1 北 京 科 技 大 学 0学8 报 19 3 一 o N 一 1 1 1 a 长的铁 n 扩 暇瑟 / f HZ 图 5 感应 电压波形比较 ig F . 5 S h a 碑5 o f r t e i h n d u e e d y o l t a 解 P u s l e s 结 4 图 尖锐脉冲电压幅值与交流激磁场频率的关系 6 ig F · e 6 R l e r l a i t o s n i h P o f t h e 劝a r P o v l t a g e P u se l s w i th t h e a e e c x i t i n g 一i f e ld s fr e g u e e n h 论 ) 磁致 伸缩 e 基非晶带适合 于制 作微 力传( l感器 敏 感元 件 F , 提高灵敏 度的 途径有 ; 提 高磁 致 伸缩系数 元 : 降低带厚 度以 及适当的热处 理 。 (2) C 。 基 非晶适 合 于 制作 磁场 及 位移 传 感器 的敏 感元 件 , 其线性探测灵 敏 度可 通 过 调整铁芯的配 制 , 非 晶 铁芯 的长度来达到 。 ( 3) 高磁 致 伸缩 F e 基非 晶带 及零磁致 伸缩 C 。 基 非 晶带 和丝 均 表现 出 明显 的 尖锐脉 冲电压效应 。 去 应 力退火对 尖锐脉 冲影响不 大 。 脉 冲 高度随样品长度 激 磁场频率 的 提高而 提高 ; 而 尖锐脉冲半 高宽则随之 下降 。 参 考 文 献 1 M o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 19 7 8 , 14 ( 5) : 10 7 1 2 入l o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 19 7 9 , 1 5 ( 6) : 1 80 6 3 M o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 1 9 8 3 , 19 ( 5) : 2 14 2 4 M o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 19 8 4 , 2 0 ( 5) : 9 4 2 5 M o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 19 8 1 , 1 7 ( 6 ) : 3 3 7 0 6 M o h ir K . I E E E T r a n s M a g n , 19 8 4 , 2 0 ( 5) : 2 1 4 2 7 H il z i n g e r H R . I E E E E T r a n s M a g n , 19 8 5 , 2 1( 5) : 2 0 2 0 8 周 军等 . 非 晶态微 力传感器 ,第六届 全国 非 晶态材料和物理学 术讨 论 会 , 19 1 , 12 , 4 56 9 Y a m a s a k i J , e t a l . J A P P I P h y s , 1 9 8 8 , 6 3 ( 8) : 39 4 9