层状复合材料磁敏传感器等效电路宏模型建立方法

摘要

本发明涉及层状复合材料磁敏传感器等效电路宏模型建立方法，包括：由机电耦合原理得到磁致伸缩层关于激励电流I和所受合力的机电耦合关系；针对两磁致伸缩层及压电层分别构造等效电路单元；将等效电路单元连接，形成等效电路宏模型。有益效果为：通过该方法建立的等效电路宏模型能适用于大信号作用下的系统级模拟，同时也适用小信号的分析；能够通过电路的模拟仿真解决磁敏传感器最优参数的选取的问题；而且由于电路结构简单。

主权项

1.层状复合材料磁敏传感器的等效电路宏模型建立方法，所述磁敏传感器外加交变激励电流I_source，线圈匝数N，磁致伸缩层与中间压电层的长度均为l、宽度均为w，磁致伸缩层和压电层的厚度分别为d_p和d_m、截面积分别为A₁和A₂，其特征在于所述方法包括，由机电耦合原理得到磁致伸缩层关于激励电流I和所受合力F的下列机电耦合关系：$I=\mathrm{j\omega }\frac{{\mathrm{lwϵ}}_{33}^T}{d_p}V+\frac{{\mathrm{wd}}_{31}^p}{S_{11}^E}{u}_x,$$F=(\frac{{\mathrm{wA}}_1}{S_{11}^E}+\frac{{\mathrm{wA}}_2}{S_{33}^H}+\frac{{\mathrm{lwd}}_{33}^H{A}_2}{{\mu }_{33}{S}_{33}^H})u_x-\frac{{\mathrm{lwd}}_{31}^p{A}_1}{S_{11}^E{d}_p}V-\frac{{\mathrm{lwd}}_{33}^H{A}_2{\mathrm{NI}}_{\mathrm{source}}}{{\mu }_{33}{S}_{33}^H},$其中，V为压电层输出电压，u_x为磁致伸缩层末端和起始端的简谐激励速度差，为压电层材料的柔顺系数，为压电常数，为介电常数，为磁致伸缩层材料的柔顺系数，为动态磁致伸缩率，μ₃₃为磁导率；由所述压电层受力状况得到下列受力关系：$m\frac{\mathrm{du}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{cu}+k\int \mathrm{udt}+F_1+F_2=0$其中，c为磁敏传感器的阻尼系数，k为压电层材料的弹性刚度系数，F1和F2为压电层受到的简谐运动力；由所述伸缩层的所述机电耦合关系并结合力与电压或电流的类比方法，构造对应的第一等效电路单元，所述第一等效电路单元包括输入电路与输出电路两个部分，所述输入电路与输出电路的电路结构相同，输入电路与输出电路中，将磁敏传感器的激励电流I与受到合力F分别作为第一等效电路单元的输出电流和类比电流；将压电层输出电压V、简谐激励速度差u_x分别等效为第一等效电路的电压V与类比电压u_x，类比电流与输出电流均由电压V和类比电压u_x共同控制；由所述中间压电层的所述受力关系并结合力与电压或电流的类比方法，构造第二等效电路单元；由基尔霍夫电流定律，连接第一等效电路单元与第二等效电路单元，形成等效电路宏模型。