【摘 要】
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随着科学技术高速发展,对电能的需求也日益旺盛,与此同时各种电子设备也日益增多。在此背景下,为了保证电子设备的安全运行,需要对其状态评估、故障定位进行准确判断和优化。电流传感器可以通过获取电流的特征参数来检测电子设备的用电状态。其中,非接触式电流传感器由于与一次电流隔离,具有安全和测量方便的优点而得到广泛应用。根据检测原理的不同,非接触式电流传感器分为霍尔式、巨磁阻式、光学式以及磁电复合式。其中,基
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随着科学技术高速发展,对电能的需求也日益旺盛,与此同时各种电子设备也日益增多。在此背景下,为了保证电子设备的安全运行,需要对其状态评估、故障定位进行准确判断和优化。电流传感器可以通过获取电流的特征参数来检测电子设备的用电状态。其中,非接触式电流传感器由于与一次电流隔离,具有安全和测量方便的优点而得到广泛应用。根据检测原理的不同,非接触式电流传感器分为霍尔式、巨磁阻式、光学式以及磁电复合式。其中,基于磁电复合物的磁电复合式电流传感器因为具有制备简单、小型化、自供电、灵敏度高的优点而表现出良好的发展潜力。然而,由于电子设备的空间有限,内部温度较高,因此对电流传感器提出了柔性和耐热性的要求。鉴于此,本论文提出了一种新型的具有柔性和耐热性的磁电电流传感器,并从理论和实验方面研究了磁电电流传感器的性能,最终实现了其在电流检测、自供能及手机状态监测中的应用。论文的具体工作内容及结论如下:1、利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,研究了柔性磁电复合物中的磁通密度分布、应力分布、位移分布以及电势分布。当外部磁场为20 Oe时,柔性磁电复合物的输出电压达到0.8 m V,另外,柔性磁电复合物输出电压随外部磁场增大而线性增大。2、围绕柔性磁电复合物中磁致伸缩材料、压电材料（厚度以及与VB2共混）以及两者之间的界面耦合开展研究。结果表明,选用磁致伸缩材料Fe Co V、压电材料PLLA（厚度20μm并与15 wt%VB2共混）并使用原位涂布方法可以在兼顾柔性和耐热性的情况下使柔性磁电复合物获得最优的磁电性能。在20 Oe/60 Hz的外加磁场下,柔性磁电复合物的输出电压高达0.76 m V。3、测试了磁电电流传感器的关键参数,其中,磁电电流传感器的灵敏度高达0.64 m V A-1,线性度超过0.996,平均误差3%,并在弯曲状态和120°C高温下性能依然保持稳定。磁电电流传感器在与电阻、手机充电器、真空吸尘器以及吹风机距离2 mm时,输出电压分别是1.2 m V、0.6 m V、4.2 m V、5.7 m V。另外,磁电电流传感器在300 s内可将4.7μF电容充电至2.35 V。对于手机的不同状态,磁电电流传感器的输出电压波形也会不同,最终实现了磁电电流传感器在电流检测、自供能以及手机状态监测中的应用。
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