在過去的二十年里,磁電材料因其在磁傳感器、能量回收器、微機(jī)電系統(tǒng)、可調(diào)微波器件等工程領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,一直以來(lái)得到了研究者的廣泛關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)的磁電耦合,北京大學(xué)工學(xué)院的研究者們利用不同的壓電和壓磁材料制備了諸如0-3型、3-1型、2-2型和2-1型的磁電復(fù)合材料。 北京大學(xué)工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室通過激光處理壓磁材料FeBSi合金(Metglas),提出了1-1型的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出:1-1型磁電材料具有超高的磁電系數(shù)(超過7000 V/cm Oe),相比于現(xiàn)有結(jié)果提高了接近7倍。當(dāng)被測(cè)磁場(chǎng)頻率為復(fù)合材料的諧振頻率時(shí),在室溫條件下測(cè)到了1.35×〖10〗^(-13)Tesla的微弱磁場(chǎng),這是塊體磁電復(fù)合材料領(lǐng)域的重要突破。該研究還發(fā)現(xiàn),激光快速退火處理可以顯著降低壓磁材料在諧振頻率點(diǎn)的交流損耗,從而提高1-1型磁電結(jié)構(gòu)的機(jī)械品質(zhì)因子。此外,1維(1D)的結(jié)構(gòu)也有利于降低退磁因子,并增強(qiáng)磁通聚集效應(yīng)。
基于磁電耦合效應(yīng),該項(xiàng)研究課題組首次提出了磁電磁通門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),旨在對(duì)微弱直流磁場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。這個(gè)磁電磁通門具有梭形結(jié)構(gòu),對(duì)于1nT的直流磁場(chǎng)輸入,磁電磁通門輸出信號(hào)的相對(duì)變化相比現(xiàn)有的結(jié)果提高了4-5倍,為磁異常探測(cè)在導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用創(chuàng)造了可能。
本課題組同內(nèi)窺鏡團(tuán)隊(duì)合作,發(fā)展了基于磁電耦合原理的磁電傳感器陣列和磁成像系統(tǒng),研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)磁電磁成像樣機(jī)。該樣機(jī)核心組成部分由56路磁電傳感器、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)采集與處理、磁成像顯示等構(gòu)成。該磁成像系統(tǒng)不僅能夠檢測(cè)磁性金屬物的存在,而且還能準(zhǔn)確判斷其位置、姿態(tài),定位偏差縱向在1.2cm以內(nèi),橫向偏差在0.5cm以內(nèi)。另外,通過對(duì)金屬棒掃描和采集信號(hào)的微分處理,還可以判斷金屬棒的長(zhǎng)、徑比值。該項(xiàng)研究提出的磁成像系統(tǒng)在安檢、醫(yī)學(xué)上人體內(nèi)磁性藥囊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面具有較大應(yīng)用價(jià)值。
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