專利名稱：非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流退火處理裝置，特別涉及非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置。
背景技術(shù)：
非晶金屬纖維的微觀結(jié)構(gòu)呈長程無序和短程有序態(tài)，且其具有良好的幾何對稱性、較小磁滯損耗和矯頑力、負(fù)或近零磁致伸縮系數(shù)、高磁導(dǎo)率、特殊磁疇結(jié)構(gòu)和趨膚效應(yīng)(Skin Effect)等特點，尤其是較高頻率下的顯著巨磁阻抗效應(yīng)(giant magneto-impedance, GMI)明顯優(yōu)于非晶薄帶、磁性薄膜和電沉積復(fù)合纖維等其它類型材料，故非晶金屬纖維更適合作為GMI磁敏傳感器用新型敏感材料(參見V. Zhukova, M. Ipatov, A. Zhukov. Thin Magnetically Soft Wires for Magnetic Microsensors. Sensors. 2009,9 :9216-9240.)。為獲得具有較高阻抗變化率和磁場響應(yīng)靈敏度等性能指標(biāo)的非晶金屬纖維，以期滿足高靈敏度、分辨率和使用精度的GMI磁敏傳感器研制需求，研究者通常對非晶金屬纖維進(jìn)行各種形式的退火處理，如真空退火、磁場退火、應(yīng)力退火、電 、流退火禾口激光退火等(參見 M. H. Phan, H. X. Peng. Giant Magnetoimpedance Materials Fundamentals and Applications. Progress in Materials Science, 2008, 53 :323-420.)。 從非晶金屬纖維特殊的幾何形狀和“芯-殼”狀磁疇結(jié)構(gòu)上分析，電流退火處理是最適合于非晶金屬纖維的調(diào)制處理的方式之一(參見M. Knobel,P. Allia, C. GomezPolo,H. Chiriac, M. Vazquez. Joule Heating in Amorphous Metallic Wires. Journal of Physics D-Applied Physics. 1995,28(12) :2398-2403.)。目前，電流退火處理的研究已經(jīng)成為研究熱點問題之一，且其方式多集中在直流退火和交流退火處理上。但是現(xiàn)有的電流退火處理裝置得到的非晶金屬纖維磁學(xué)性能不是很好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的退火處理裝置得到的非晶金屬纖維磁學(xué)性能不是很好的問題，提供一種非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置。本發(fā)明的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，它包括方波信號產(chǎn)生電路、分頻電路、選頻電路、MOS管開關(guān)電路和調(diào)幅電路；方波信號產(chǎn)生電路的信號輸出端與分頻電路的信號輸入端連接，分頻電路的信號輸出端與選頻電路的信號輸入端連接，選頻電路的信號輸出端與MOS管開關(guān)電路的信號輸入端連接，MOS管開關(guān)電路的信號輸出端與調(diào)幅電路的信號輸入端連接。本發(fā)明可為非晶金屬纖維提供短時高強度脈沖電流來產(chǎn)生瞬時強環(huán)向磁場、焦耳熱效應(yīng)，并引起無規(guī)原子遷移效應(yīng)來有效改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)弛豫(周期性變化驅(qū)動力)，并導(dǎo)致短程有序的微區(qū)變化和調(diào)整原子磁矩的有序取向。本發(fā)明與其它類型電流退火(交、直流退火)，真空退火、磁場退火裝置等相比，具有操作過程連續(xù)可控，且保持纖維韌性，不易造成纖維表面氧化和微觀組織的晶化，能夠有效改善和提高非晶金屬纖維的磁學(xué)性能。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是熔體抽拉非晶金屬纖維的[AZ/Zjmax在不同激勵頻率下隨脈沖電流退火處理的電流幅值變化曲線。y表示最大阻抗變化率[ΔΖ/ZJ.，χ表示電流幅值，a為IOMHz 的電流幅值變化曲線，b為12MHz的電流幅值變化曲線，c為15MHz的電流幅值變化曲線，d 為20MHz的電流幅值變化曲線，e為5MHz的電流幅值變化曲線，f為IMHz的電流幅值變化曲線，g為IOOMHz的電流幅值變化曲線。圖3是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為優(yōu)化脈沖電流退火處理后非晶金屬纖維的阻抗變化率ΔΖ/%隨激勵電流頻率的變化曲線。其中，y表示阻抗變化率ΔΖ/%，Hrai表示外磁場，1表示頻率為IMHz的變化曲線，5表示頻率為5MHz的變化曲線，8表示頻率為8MHz的變化曲線，10表示頻率為 IOMHz的變化曲線，12表示頻率為12MHz的變化曲線，15表示頻率為15MHz的變化曲線，20 表示頻率為20MHz的變化曲線。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本發(fā)明的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，它包括方波信號產(chǎn)生電路1、分頻電路2、選頻電路3、M0S管開關(guān)電路4和調(diào)幅電路5 ；方波信號產(chǎn)生電路1的信號輸出端與分頻電路2的信號輸入端連接，分頻電路2的信號輸出端與選頻電路3的信號輸入端連接，選頻電路3的信號輸出端與MOS 管開關(guān)電路4的信號輸入端連接，MOS管開關(guān)電路4的信號輸出端與調(diào)幅電路5的信號輸入端連接。
具體實施方式
二結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同的是方波信號產(chǎn)生電路1包括雙極型遲滯比較器U1A、直流電源VI、直流電源V2、交流電源V3、變壓器Tl、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ；交流電源V3的一端連接變壓器Tl原邊繞組的一端，交流電源V3的另一端和變壓器Tl原邊繞組的另一端連接；變壓器Tl副邊繞組的一端接地，變壓器Tl副邊繞組的另一端和雙極型遲滯比較器UlA的信號負(fù)向輸入端2號引腳連接，雙極型遲滯比較器UlA的信號正向輸入端3號引腳和電阻Rl的一端與電阻R2的一端連接，電阻Rl的另一端接地；電阻R2的另一端與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳、電阻R3的一端連接；電阻 R3的另一端與直流電源Vl的正極和雙極型遲滯比較器UlA的正向電源供電端8號引腳連接；直流電源Vl的負(fù)極接地，雙極型遲滯比較器UlA的負(fù)向電源供電端4號引腳與直流電源V2的正極連接，雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳為方波信號產(chǎn)生電路1的信號輸出端。
具體實施方式
三結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和二不同的是分頻電路2包括分頻器U3 ；分頻器U3的脈沖信號輸入端1號引腳與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端連接，分頻器U3的MR端2號引腳接地，分頻器U3的2分頻信號輸出端12號引腳、4分頻信號輸出端11號引腳和8分頻信號輸出端9號引腳為分頻電路2的信號輸出端。
具體實施方式
四結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和三不同的是選頻電路3包括4通道的開關(guān)J2 ；分頻器U3的脈沖信號輸入端1號引腳與開關(guān)J2的第一開關(guān)的一端連接；分頻器U3的2分頻信號輸出端12號引腳與開關(guān)J2的第二開關(guān)的一端連接，分頻器U3的4分頻信號輸出端11號引腳與開關(guān)J2的第三開關(guān)的一端連接，分頻器U3的8分頻信號輸出端9號引腳與開關(guān)J2的第四開關(guān)一端連接，開關(guān)J2的第一開關(guān)的另一端、第二開關(guān)的另一端、第三開關(guān)的另一端和第四開關(guān)的另一端作為選頻電路3 的信號輸出端。
具體實施方式
五結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和四不同的是它還包括高增益寬電壓比較放大器U2A，開關(guān)J2的第一開關(guān)的另一端、第二開關(guān)的另一端、第三開關(guān)的另一端和第四開關(guān)的另一端與高增益寬電壓比較放大器U2A的信號正向輸入端3號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的正向電源供電端8號引腳和雙極型遲滯比較器UlA的正向電源供電端8號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A 的負(fù)向電源供電端4號引腳和雙極型遲滯比較器UlA的負(fù)向電源供電端4號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的信號負(fù)向輸入端2號引腳與直流電源V2的負(fù)極連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的輸出端與MOS管開關(guān)電路4的輸入端連接。高增益寬電壓比較放大器U2A的作用是隔離和緩沖作用，且對選頻后的信號進(jìn)行去毛刺和波動處理，保證標(biāo)準(zhǔn)方波信號的穩(wěn)定輸出。
具體實施方式
六結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和四不同的是MOS管開關(guān)電路4包括功率MOS管Ql和功率MOS管Q2 ；高增益寬電壓比較放大器U2A的信號輸出端1號引腳和功率MOS管Ql的柵極與功率MOS管Q2柵極連接，功率MOS管Ql的漏極和功率MOS管Q2漏極為MOS管開關(guān)電路4的輸出端。
具體實施方式
七結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和五不同的是調(diào)幅電路5包括直流電源V4、直流電源V5、萬用表XMM1、萬用表XMM2和可變電位器X ；功率MOS管Ql的源極與直流電源V5的正極連接，直流電源V5的負(fù)極接地，功率 MOS管Q2的源極與直流電源V4的正極連接，直流電源V4的負(fù)極與萬用表XMMl的B端和可變電位器X的一端連接且接地，可變電位器X的另一端和萬用表XMMl的A端與萬用表XMM2 的B端連接，功率MOS管Ql的漏極和功率MOS管Q2的漏極與萬用表XMM2的A端連接。
具體實施方式
八結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和三不同的是它還包括示波器XSCl，示波器XSCl的A端與雙極型遲滯比較器UlA的信號負(fù)向輸入端2號引腳連接，示波器XSCl的B端與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳連接。示波器XSCl的作用是檢測方波信號產(chǎn)生電路1產(chǎn)生的信號是否為方波。
具體實施方式
九結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一和八不同的是所述的雙極型遲滯比較器型號為UC93AD，多次分頻器型號為⑶40MBE， 高增益寬電壓比較放大器型號為LM358H，功率MOS管Ql為BSP206 P型，功率MOS管Q2為 BSP88 N 型。工作原理萬用表XMM2的B端與非晶金屬纖維AW的一端連接，萬用表XMM2的A端與非晶金屬纖維AW的另一端連接。交流電源V3產(chǎn)生的交流信號通過變壓器Tl變壓，變壓后的信號再通過雙極型遲滯比較器UlA產(chǎn)生方波信號，打開開關(guān)J2的第一開關(guān)，關(guān)閉開關(guān)J2的其他開關(guān)，方波信號實現(xiàn)1分頻；打開開關(guān)J2的第二開關(guān)，關(guān)閉開關(guān)J2的其他開關(guān)，方波信號實現(xiàn)2分頻；打開開關(guān)J2的第三開關(guān)，關(guān)閉開關(guān)J2的其他開關(guān)，方波信號實現(xiàn)4分頻；打開開關(guān)J2的第一開關(guān)，關(guān)閉開關(guān)J2的其他開關(guān)，方波信號實現(xiàn)8分頻；這樣就達(dá)到了調(diào)頻的功能。調(diào)頻后的信號經(jīng)過高增益寬電壓比較放大器U2A后，功率MOS管Ql和功率MOS管 Q2在安全電壓下實現(xiàn)開關(guān)的功能，用萬用表XMM2測出非晶金屬纖維的阻值，根據(jù)直流電源 V4和直流電源V5的電壓差，計算出與非晶金屬纖維串聯(lián)的可變電位器X的阻值，然后調(diào)節(jié)可變電位器X為需要的阻值，而調(diào)節(jié)出非晶金屬纖維需要的電流幅值。實施例利用本發(fā)明對制備態(tài)熔體抽拉非晶金屬纖維進(jìn)行不同脈沖電流幅值的退火處理，然后對所獲得的非晶纖維端部鍍Cu后進(jìn)行磁阻抗性能測試，對比最大阻抗變化率 [八Z/Zjmax來確定合理的脈沖電流幅值。所選取脈沖電流幅值具體為50mA、60mA、75mA、 90mA、110mA、120mA，脈沖電流頻率為50Hz，退火時間為120s，占空比為50%。GMI性能測試表明，在應(yīng)用頻率f = IOMHz時，由脈沖電流幅值為50mA處理后非晶纖維的[ΔΖ/%]_為 123. 09%±曾力卩到 60mA 時的 179. 47%, 75mA 時的 193. 50%，再到 90mA 時的 202. 61%，后減小到IlOmA時的153.觀％和120mA時的104. 93%，故確定90mA為優(yōu)化后的脈沖電流幅值。 圖2為非晶纖維的[ΔΖ/ZJ.在不同激勵頻率下隨脈沖電流退火處理的電流幅值變化曲線。利用本發(fā)明對制備態(tài)非晶纖維進(jìn)行不同退火時間的脈沖電流退火處理，后對所獲得的非晶纖維端部鍍Cu后進(jìn)行磁阻抗性能測試，對比最大阻抗變化率[AZ/ZJ.來確定合理的處理退火時間。所選取脈沖電流退火時間具體為60s、120s、240s、480s、720s、960s，電流幅值為90mA，脈沖電流頻率為50Hz，退火時間為120s，占空比為50%。GMI性能測試表明，在應(yīng)用頻率f= IOMHz時，由脈沖電流退火處理60s后非晶纖維的[AZAJmax為190. 98%增加到120s時的202. 61%, 240s時的219. 75%，再到480s時的282. 96%，后減小到720s時的216.和960s時的205. 60%，故確定480s為優(yōu)化后的脈沖電流退火時間。利用本發(fā)明對制備態(tài)非晶纖維進(jìn)行不同脈沖電流頻率的退火處理，后對所獲得的非晶纖維端部鍍Cu 后進(jìn)行磁阻抗性能測試，對比最大阻抗變化率[ΔΖ/ZJ.來確定合理的脈沖電流頻率。所選取脈沖電流頻率具體為OHz,6. 125Hz、12. 25Ηζ、25. 0Ηζ、50· OHz,電流幅值為90mA，退火時間為480s，占空比為50%。GMI性能測試表明，在應(yīng)用頻率f = IOMHz時，由頻率為OHz 的脈沖電流退火處理后非晶纖維的[ΔΖ/Ζ0] Χ為9948%增加至IJ 6. 125Hz時的209. 67%, 12. 25Hz 時的 232. 14%, 25. OHz 時的 265. 54%，再到 50. OHz 時的 282. 96%，故確定 50. OHz 為優(yōu)化后的脈沖電流頻率。對比分析后確定優(yōu)化脈沖電流退火工藝參數(shù)，具體為脈沖電流幅值90mA，脈沖電流頻率50Hz，退火時間480s，占空比為50%。熔體抽拉非晶金屬纖維的直徑在10μπι-90μπι范圍內(nèi)。不同處理狀態(tài)的非晶纖維磁阻抗性能測試時，調(diào)制態(tài)非晶金屬纖維作為敏感材料在磁敏傳感器中應(yīng)用時，其工作頻率為10MHz，對非晶金屬纖維端部電鍍Cu后連接入PCB板，進(jìn)行巨磁阻抗性能測試，所選用的電鍍工藝參數(shù)為陰極電流密度為147. 12A/dm2，電鍍時間為45s，纖維端部電鍍長度為 4mm ο
非晶金屬纖維的GMI磁阻抗性能應(yīng)由下式加以定量評價阻抗變化率
權(quán)利要求
1.非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于它包括方波信號產(chǎn)生電路(1)、分頻電路O)、選頻電路(3)、M0S管開關(guān)電路(4)和調(diào)幅電路(5)；方波信號產(chǎn)生電路⑴的信號輸出端與分頻電路⑵的信號輸入端連接，分頻電路⑵的信號輸出端與選頻電路⑶的信號輸入端連接，選頻電路⑶的信號輸出端與MOS管開關(guān)電路(4)的信號輸入端連接，MOS管開關(guān)電路(4)的信號輸出端與調(diào)幅電路(5)的信號輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于方波信號產(chǎn)生電路(1)包括雙極型遲滯比較器U1A、直流電源VI、直流電源V2、交流電源 V3、變壓器Tl、電阻R1、電阻R2和電阻R3 ；交流電源V3的一端連接變壓器Tl原邊繞組的一端，交流電源V3的另一端和變壓器Tl 原邊繞組的另一端連接；變壓器Tl副邊繞組的一端接地，變壓器Tl副邊繞組的另一端和雙極型遲滯比較器UlA的信號負(fù)向輸入端2號引腳連接，雙極型遲滯比較器UlA的信號正向輸入端3號引腳和電阻Rl的一端與電阻R2的一端連接，電阻Rl的另一端接地；電阻R2的另一端與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳、電阻R3的一端連接；電阻R3的另一端與直流電源Vl的正極和雙極型遲滯比較器UlA的正向電源供電端8號引腳連接；直流電源Vl的負(fù)極接地，雙極型遲滯比較器UlA的負(fù)向電源供電端4號引腳與直流電源V2的正極連接，雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳為方波信號產(chǎn)生電路(1)的信號輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于分頻電路( 包括分頻器U3 ；分頻器U3的脈沖信號輸入端1號引腳與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳連接，分頻器U3的MR端2號引腳接地，分頻器U3的2分頻信號輸出端12號引腳、4分頻信號輸出端11號引腳和8分頻信號輸出端9號引腳為分頻電路⑵的信號輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于選頻電路(3)包括4通道的開關(guān)J2 ；分頻器U3的脈沖信號輸入端1號引腳與開關(guān) J2的第一開關(guān)的一端連接；分頻器U3的2分頻信號輸出端12號引腳與開關(guān)J2的第二開關(guān)的一端連接，分頻器U3的4分頻信號輸出端11號引腳與開關(guān)J2的第三開關(guān)的一端連接， 分頻器U3的8分頻信號輸出端9號引腳與開關(guān)J2的第四開關(guān)一端連接，開關(guān)J2的第一開關(guān)的另一端、第二開關(guān)的另一端、第三開關(guān)的另一端和第四開關(guān)的另一端作為選頻電路(3) 的信號輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于它還包括高增益寬電壓比較放大器U2A，開關(guān)J2的第一開關(guān)的另一端、第二開關(guān)的另一端、第三開關(guān)的另一端和第四開關(guān)的另一端與高增益寬電壓比較放大器U2A的信號正向輸入端3號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的正向電源供電端8號引腳和雙極型遲滯比較器UlA的正向電源供電端8號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的負(fù)向電源供電端4號引腳和雙極型遲滯比較器UlA的負(fù)向電源供電端4號引腳連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的信號負(fù)向輸入端2號引腳與直流電源V2的負(fù)極連接，高增益寬電壓比較放大器U2A的輸出端與MOS管開關(guān)電路的輸入端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于MOS管開關(guān)電路(4)包括功率MOS管Ql和功率MOS管Q2 ；高增益寬電壓比較放大器U2A的信號輸出端1號引腳和功率MOS管Ql的柵極與功率MOS管Q2柵極連接，功率MOS 管Ql的漏極和功率MOS管Q2漏極為MOS管開關(guān)電路⑷的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于調(diào)幅電路( 包括直流電源V4、直流電源V5、萬用表XMM1、萬用表XMM2和可變電位器X ；功率MOS管Ql的源極與直流電源V5的正極連接，直流電源V5的負(fù)極接地，功率MOS 管Q2的源極與直流電源V4的正極連接，直流電源V4的負(fù)極與萬用表XMMl的B端和可變電位器X的一端連接且接地，可變電位器X的另一端和萬用表XMMl的A端與萬用表XMM2 的B端連接，功率MOS管Ql的漏極和功率MOS管Q2的漏極與萬用表XMM2的A端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于它還包括示波器XSC1，示波器XSCl的A端與雙極型遲滯比較器UlA的信號負(fù)向輸入端2號引腳連接，示波器XSCl的B端與雙極型遲滯比較器UlA的信號輸出端1號引腳連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，其特征在于所述的雙極型遲滯比較器型號為UC93AD，多次分頻器型號為⑶40MBE，高增益寬電壓比較放大器型號為LM358H，功率MOS管Ql為BSP206P型，功率MOS管Q2為BSP88N型。
全文摘要
非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，涉及一種電流退火處理裝置，特別涉及非晶金屬纖維的調(diào)幅變頻脈沖電流退火處理裝置，為了解決現(xiàn)有的退火處理裝置得到的非晶金屬纖維磁學(xué)性能不是很好的問題。它包括方波信號產(chǎn)生電路、分頻電路、選頻電路、MOS管開關(guān)電路和調(diào)幅電路；方波信號產(chǎn)生電路的信號輸出端與分頻電路的信號輸入端連接，分頻電路的信號輸出端與選頻電路的信號輸入端連接，選頻電路的信號輸出端與MOS管開關(guān)電路的信號輸入端連接，MOS管開關(guān)電路的信號輸出端與調(diào)幅電路的信號輸入端連接。本發(fā)明用于對非晶金屬纖維進(jìn)行退火處理。本發(fā)明不易造成纖維表面氧化和微觀組織的晶化，能夠有效改善和提高非晶金屬纖維的磁學(xué)性能。
文檔編號C21D1/26GK102424898SQ201110422689
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者劉景順, 孫劍飛, 曹福洋, 邢大偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)