專利名稱：非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度特性測試裝置。
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、負或近零磁致伸縮系數(shù)、高磁導率、特殊磁疇結(jié)構(gòu)和趨膚效應(Skin Effect)等特點，尤其是較高頻率下的顯著巨磁阻抗效應GMI (giantmagneto-impedance)明顯優(yōu)于非晶薄帶、磁性薄膜和電沉積復合纖維等其它類型材料，故非晶纖維更適合作為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.)。該類型敏感材料在不同環(huán)境溫度條件下，其巨磁阻抗效應變化顯著(參見 H. Chiriac, C. S. Marines 銅，T. -A. Ovari. Temperature Dependence of theMagneto-impedance Effect in Co-rich Amorphous Glass-covered Wires. Journal ofMagnetism and Magnetic Materials, 2000, 215-216 :539-541.)。同時不同的溫度將直接影響GMI輸出穩(wěn)定性，阻抗變化率的微小波動亦將會導致信號處理電路電壓信號的巨大變化，從而影響磁敏傳感器的工作穩(wěn)定性和測量精度。因此，針對非晶絲的溫度特性來選擇適當合理的傳感器工作溫度范圍，建立相應溫度補償，以期滿足高靈敏度、分辨率和使用精度的GMI磁敏傳感器整體電路設計和研制需求。由于目前非晶金屬纖維溫度測試裝置結(jié)構(gòu)復雜、溫控不精確，從而影響磁敏傳感器的的研制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前非晶金屬纖維溫度測試裝置結(jié)構(gòu)復雜、溫控不精確的問題，提供一種非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置。非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，它由精密阻抗測試系統(tǒng)、恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)和零磁場校正系統(tǒng)組成；精密阻抗測試系統(tǒng)由精密阻抗分析儀、亥姆霍茲線圈和恒流電源組成，恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)包括恒溫工作箱、溫控儀和液氮儲罐；所述恒溫工作箱上設置有液氮進口、液氮出口和導線接口，其中液氮出口和導線接口設置在恒溫工作箱的正面，液氮進口設置在恒溫工作箱的背面；零磁場校正系統(tǒng)采用磁通門磁強計實現(xiàn)，液氮儲罐的液氮輸出端與恒溫工作箱的液氮進口連通，溫控儀的溫度輸入端連接在恒溫工作箱的溫度輸出端，溫控儀的溫度控制輸出端連接在恒溫工作箱的溫度控制輸入端，精密阻抗分析儀用于采集恒溫工作箱中待測非晶纖維的阻抗；恒流電源用于給亥姆霍茲線圈提供工作用恒流源，磁通門磁強計的探頭設置在恒溫工作箱的內(nèi)腔，亥姆霍茲線圈固定在恒溫工作箱的兩 個側(cè)面，且磁通門磁強計的探頭軸向平行于亥姆霍茲線圈的軸向。本發(fā)明中的恒溫工作箱是實現(xiàn)非晶絲溫度特性測試的核心部分，采用較小型恒溫箱易于溫度的有效控制，可提高溫度的控制精度。磁通門磁強計的零磁場校正系統(tǒng)可以有效避免外磁場和地磁場的干擾，提高測量精度。本發(fā)明與現(xiàn)有溫度測量裝置相比簡單實用，控溫精確，不易造成纖維微觀組織的晶化，能夠獲得恒定環(huán)境溫度非晶金屬纖維的溫度特性。


圖I為本發(fā)明的工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為具體實施方式
二中的恒溫工作箱的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為具體實施方式
五中0°C時非晶絲阻抗變化率ΛΖ/%輸出穩(wěn)定性隨外磁場(OOe-4. 20e)和激勵頻率范圍(100kHZ-15MHZ)的三維變化曲線示意圖，圖4為具體實施方式
五中25°C時非晶絲阻抗變化率Λ Z/Z。輸出穩(wěn)定性隨外磁場(OOe-4. 20e)和激勵頻率范圍(100kHZ-15MHZ)的三維變化曲線示意圖，圖5為具體實施方式
五中80°C時非晶絲阻抗變化率Λ Z/%輸出穩(wěn)定性隨外磁場(OOe-4. 20e)和激勵頻率范圍(100kHZ-15MHZ)的三維變化曲線示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，它由精密阻抗測試系統(tǒng)、恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)和零磁場校正系統(tǒng)組成；精密阻抗測試系統(tǒng)由精密阻抗分析儀2、亥姆霍茲線圈5和恒流電源7組成，恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)包括恒溫工作箱4、溫控儀6和液氮儲罐3 ;所述恒溫工作箱4上設置有液氮進口 4-12、液氮出口 4-10和導線接口 4-11，其中液氮出口 4-10和導線接口 4-11設置在恒溫工作箱4的正面，液氮進口 4-12設置在恒溫工作箱4的背面；零磁場校正系統(tǒng)采用磁通門磁強計I實現(xiàn)，液氮儲罐3的液氮輸出端與恒溫工作箱4的液氮進口 4-12連通，溫控儀6的溫度輸入端連接在恒溫工作箱4的溫度輸出端，溫控儀6的溫度控制輸出端連接在恒溫工作箱4的溫度控制輸入端，精密阻抗分析儀2用于采集恒溫工作箱4中待測非晶纖維4-8的阻抗；恒流電源7用于給亥姆霍茲線圈5提供工作用恒流源，磁通門磁強計I的探頭設置在恒溫工作箱4的內(nèi)腔，亥姆霍茲線圈5固定在恒溫工作箱4的兩個側(cè)面，且磁通門磁強計I的探頭軸向平行于亥姆霍茲線圈5的軸向。首先調(diào)節(jié)恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)中恒溫工作箱4、溫控儀6和液氮儲罐3三者來實現(xiàn)恒溫測試條件，溫控儀6可以對恒定溫度精確設定與穩(wěn)定控制，液氮儲罐3可實現(xiàn)低于室溫的環(huán)境溫度；隨后進行零磁場校正來減小外部磁場的干擾達到精確測量目的，將磁通門磁強計I的探頭沿其軸向固定于恒溫工作箱4內(nèi)腔且其軸向與亥姆霍茲線圈5的軸向平行后固定，再同時調(diào)整線圈5位置，當磁通門磁強計I的示數(shù)為O. OGS時，將線圈最終固定；最后將接線端子11輸出的信號線接入阻抗測試系統(tǒng)，調(diào)節(jié)恒流電源7的電流值就會獲得對應的外磁場值，從而實現(xiàn)不同環(huán)境溫度下磁阻抗特性的變化。本發(fā)明裝置簡單實用，不易造成纖維微觀組織的晶化，能夠獲得恒定環(huán)境溫度下非晶金屬纖維的溫度特性。
具體實施方式
二 結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式是對實施方式一所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置的進一步限定，恒溫工作箱4包括PCB測試板4-1、防護墊 4-2、銅蓋板4-3、加熱槽4-4、支撐板4-5、熱電偶4_6、加熱體4_7、防護罩4_9、箱體4_13和箱體上蓋4-14，待測非晶纖維4-8設置在PCB測試板4-1的上表面，熱電偶4_6用于測量加熱槽4-4內(nèi)的溫度， 熱電偶4-6的輸出端為恒溫工作箱4的溫度輸出端，恒溫工作箱4的箱體4-13和箱體上蓋4-14采用雙層電木板制作，并且所述雙層電木板的中間填充有保溫材料，箱體4-12的內(nèi)腔體的底面四角分別設有四根立柱，PCB測試板4-1、防護墊4-2、銅蓋板4-3、加熱槽4-4和支撐板4-5的四角對應四根立柱的位置均開有通孔，支撐板4-5、加熱槽
4-4、銅蓋板4-3、防護墊4-2和PCB測試板4_1順次疊加、并通過所述通孔從下至上依次套接在四根立柱上；加熱體4-7設置在加熱槽4-4內(nèi)，加熱體4-7引出端為恒溫工作箱4的溫度控制輸入端；防護罩4-9遮蓋在PCB測試板4-1的上部，上蓋4-14緊密地封在箱體4_13的開口處。本發(fā)明中的恒溫工作箱是實現(xiàn)非晶絲溫度特性測試的核心部分，其中恒溫工作箱4中加熱體4-7對非晶金屬纖維加熱，熱電偶4-6測得溫度后傳輸給溫控儀6，溫控儀6可以對恒定溫度精確設定與穩(wěn)定控制，采用較小型恒溫箱易于溫度的有效控制，可提高溫度的控制精度。磁通門磁強計的零磁場校正系統(tǒng)可以有效避免外磁場和地磁場的干擾，提高測量精度。
具體實施方式
三本實施方式是對實施方式一所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置的進一步限定，所述恒溫工作箱4的恒溫范圍是-60°C _320°C。本發(fā)明與現(xiàn)有溫度測量裝置相比簡單實用，控溫精確，不易造成纖維微觀組織的晶化，能夠獲得恒定環(huán)境溫度(_60°C -320°C )內(nèi)非晶金屬纖維的溫度特性。
具體實施方式
四本實施方式綜合上述具體實施方式
所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，結(jié)合具體的環(huán)境說明本發(fā)明的效果。利用本發(fā)明對制備態(tài)熔體抽拉非晶金屬纖維進行端部鍍Cu后在不同溫度下對其進行磁阻抗特性的測試，對比環(huán)境溫度對最大阻抗變化率[△ z/zjmax和阻抗輸出特性的影響。所選取環(huán)境溫度具體為-40°C -120°c，測試頻率f為O. 1MHZ-15MHZ，外磁場為0_50e，激勵電流幅值為15mA。圖3、圖4和圖5分別為環(huán)境溫度為0°C、25°C和80°C阻抗變化率Λ Z/Ztl輸出穩(wěn)定性隨外磁場(OOe-4. 20e)和激勵頻率范圍(100kHZ-15MHZ)的三維變化曲線。當環(huán)境溫度為0°C時，Λ Z/%的輸出圖像均勻連續(xù)，無明顯波動區(qū)，穩(wěn)定性很高。對較低外磁場(00e-20e)和頻率在8ΜΗζ_15ΜΗζ范圍內(nèi)的特定區(qū)域進行局部柵格放大后，亦可發(fā)現(xiàn)柵格連續(xù)均勻變化。當溫度恢復到室溫(25°C )時，GMI的輸出峰值略有下降，Λ Z/Z。的輸出圖像和局部特定區(qū)域柵格均相對均勻連續(xù)，無波動區(qū)，穩(wěn)定性較高。當溫度升高至80°C，阻抗變化率輸出曲線出現(xiàn)波動區(qū)域，對上述特定區(qū)域柵格進行局部放大后發(fā)現(xiàn)，當外磁場為I. 20e時，網(wǎng)格線在較高頻率范圍內(nèi)(8MHz-15MHz)呈現(xiàn)清晰波動變化，說明此時阻抗輸出具有不穩(wěn)定性，GMI的輸出峰值有所降低。熔體抽拉非晶金屬纖維的直徑在10 μ m-90 μ m范圍內(nèi)。不同溫度條件下的非晶纖維磁阻抗性能特性測試試驗及其作為敏感材料在磁敏傳感器中實際應用時，對非晶金屬纖維端部電鍍Cu后連接入PCB板，進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。非晶金屬纖維的GMI磁阻抗性能應由下式加以定量評價
阻抗變化率
權(quán)利要求
1.非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，其特征是，它由精密阻抗測試系統(tǒng)、恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)和零磁場校正系統(tǒng)組成；精密阻抗測試系統(tǒng)由精密阻抗分析儀(2)、亥姆霍茲線圈(5)和恒流電源(7)組成，恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)包括恒溫工作箱(4)、溫控儀(6)和液氮儲罐(3);所述恒溫工作箱(4)上設置有液氮進口(4-12)、液氮出口(4-10)和導線接口(4-11)，其中液氮出口(4-10)和導線接口(4-11)設置在恒溫工作箱(4)的正面，液氮進口(4-12)設置在恒溫工作箱(4)的背面；零磁場校正系統(tǒng)采用磁通門磁強計(I)實現(xiàn)，液氮儲罐(3)的液氮輸出端與恒溫工作箱(4)的液氮進口(4-12)連通，溫控儀(6)的溫度輸入端連接在恒溫工作箱(4)的溫度輸出端， 溫控儀(6)的溫度控制輸出端連接在恒溫工作箱(4)的溫度控制輸入端，精密阻抗分析儀(2)用于采集恒溫工作箱(4)中待測非晶纖維(4-8)的阻抗；恒流電源(7)用于給亥姆霍茲線圈(5)提供工作用恒流源，磁通門磁強計⑴的探頭設置在恒溫工作箱(4)的內(nèi)腔，亥姆霍茲線圈(5)固定在恒溫工作箱(4)的兩個側(cè)面，且磁通門磁強計(I)的探頭軸向平行于亥姆霍茲線圈(5)的軸向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，其特征在于，恒溫工作箱(4)包括PCB測試板(4-1)、防護墊(4-2)、銅蓋板(4-3)、加熱槽(4_4)、支撐板(4_5)、熱電偶(4-6)、加熱體(4-7)、防護罩(4-9)、箱體(4-13)和箱體上蓋(4_14)，待測非晶纖維(4-8)設置在PCB測試板(4-1)的上表面，熱電偶(4-6)用于測量加熱槽(4_4)內(nèi)的溫度，熱電偶(4-6)的輸出端為恒溫工作箱(4)的溫度輸出端，恒溫工作箱(4)的箱體(4-13)和箱體上蓋(4-14)采用雙層電木板制作，并且所述雙層電木板的中間填充有保溫材料，箱體(4-12)的內(nèi)腔體的底面四角分別設有四根立柱，PCB測試板(4-1)、防護墊(4-2)、銅蓋板(4-3)、加熱槽(4-4)和支撐板(4-5)的四角對應四根立柱的位置均開有通孔，支撐板(4-5)、加熱槽(4-4)、銅蓋板(4-3)、防護墊(4-2)和PCB測試板(4_1)順次疊加、并通過所述通孔從下至上依次套接在四根立柱上；加熱體(4-7)設置在加熱槽(4-4)內(nèi)，加熱體(4-7)引出端為恒溫工作箱(4)的溫度控制輸入端；防護罩(4-9)遮蓋在PCB測試板(4_1)的上部，上蓋(4-14)緊密地封在箱體(4-13)的開口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，其特征在于，所述恒溫工作箱⑷的恒溫范圍是-60°C -320°C。
全文摘要
非晶金屬纖維的溫度特性測試裝置，涉及溫度特性測試裝置，它解決了目前非晶金屬纖維溫度測試裝置結(jié)構(gòu)復雜、溫控不精確的問題。本發(fā)明由精密阻抗測試系統(tǒng)、恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)和零磁場校正系統(tǒng)組成；精密阻抗測試系統(tǒng)由精密阻抗分析儀、亥姆霍茲線圈和恒流電源組成，恒溫環(huán)境發(fā)生系統(tǒng)包括恒溫工作箱、溫控儀和液氮儲罐；溫控儀用于控制在恒溫工作箱內(nèi)的溫度恒定，精密阻抗分析儀用于測量位于恒溫箱內(nèi)的非金屬纖維的電阻值，恒流電源用于為亥姆霍茲線圈提供恒流源，磁通門磁強計的探頭設置在恒溫工作箱內(nèi)腔，亥姆霍茲線圈固定在恒溫工作箱的兩個側(cè)面。本發(fā)明能夠獲得恒定環(huán)境溫度下被測非晶金屬纖維的溫度特性，并且不易造成被測纖維微觀組織的晶化。
文檔編號G01R33/12GK102645642SQ20121015711
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21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