高机械品质因数磁电回旋器件的功率转换效率研究

摘要

理想磁电回旋器因兼具无源、线性和无损耗等突出优点，能够实现I-V/V-I的直接转换并伴随着感性/容性网络的非互易转换，可以取代雷达通信转换器、循环器以及隔离器等器件中的关键模块有利于器件的高频信号转换以及微小化发展。尽管在以往的报道中关于磁电回旋器的研究在实验以及理论对其功率转换效率方面取得了重要突破。然而，报道的磁电回旋器研究选用的磁致伸缩材料与压电材料的有效机械品质因数Q值偏低而制约磁电回旋器功率转换效率进一步提升。　　针对这一问题，提出并设计一种由铁镍基恒弹性合金(Ni-Fe-Cr,Qm=1082)和压电材料(PZT8,QP=1200)层合的2-2型磁电回旋器，通过提高其有效品质因数，实现了高效功率转换效率。所设计的“三明治”结构Ni-Fe-Cr/PZT8/Ni-Fe-Cr的双端口四线制磁电回旋器中，这两种高Q值材料工作在谐振时产生高效的动态磁-机-电转换(194V/(cm Oe))得益于其较高的有效品质因数(Q=1080)。因此，这种方法能够有效地减小磁-机-电转换过程中的能量损耗，提高了磁电回旋器的功率转换效率。　　本文通过搭建自动测试系统完成对样品的动态磁-机特性、低频/谐振磁电响应以及功率传输特性的表征，本文设计的磁电回旋器件在较低的输入功率密度(3.31μW/cm3)时，实现了88.5%的功率转换效率。相关研究的进展和突破，不仅加速了紧凑型、无源、非互易性功能化磁电固体器件的实现，而且在信号传输、阻抗匹配以及功率传输等方面有潜在应用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 磁电层合换能器

2.1磁致伸缩材料

2.1.1磁致伸缩材料的种类

2.1.2磁致伸缩材料的特性

2.1.3磁致伸缩效应

2.1.4磁致伸缩效应的物理机理

2.2压电材料

2.2.1压电效应

2.2.2压电陶瓷性能

2.3磁电层合换能器层合方式及工作模式

2.4本章小结

第三章 高Q值磁电层合换能器

3.1动态压磁系数表征

3.1.1测量原理

3.1.2系统搭建

3.1.3结果及分析

3.2压电材料表征

3.3磁电耦合特性的测量及分析

3.3.1样片制备

3.3.2测量原理

3.3.3测量系统搭建

3.3.4结果及分析

3.4本章小结

第四章 高Q值磁电回旋器功率转换效率

4.1工作原理

4.2功率转换效率的测量

4.2.1测量原理

4.2.2测量系统搭建

4.3影响磁电回旋器功率转换效率的主要因素

4.3.1偏置磁场对功率转换效率影响

4.3.2外接负载电阻对功率转换效率影响

4.3.3激励频率对功率转换效率影响

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士期间发表的相关论文

附录2攻读硕士期间参与申报的相关专利

附录3攻读硕士期间参与的相关研究课题