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超导/磁阻式复合磁传感器高灵敏及三轴化研究
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作者 张琦 潘孟春 +2 位作者 雷绍钰 胡佳飞 胡悦国 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期173-186,共14页
超导/磁阻式复合磁传感器利用超导磁放大器上千倍的磁场放大能力,可大幅提升磁阻式传感器灵敏度,有望实现fT级的磁场分辨力,满足水下目标探测、生物磁场检测等新型弱磁探测需求。经过几十年的研究,超导/磁阻式复合磁传感器相关工作取得... 超导/磁阻式复合磁传感器利用超导磁放大器上千倍的磁场放大能力,可大幅提升磁阻式传感器灵敏度,有望实现fT级的磁场分辨力,满足水下目标探测、生物磁场检测等新型弱磁探测需求。经过几十年的研究,超导/磁阻式复合磁传感器相关工作取得了重要进展和系列成果。首先从复合磁传感器工作原理、高灵敏和三轴化研究现状等方面进行了系统的回顾和总结,其中超导磁放大器的放大倍数在实验上已经超过1 000,低温下(4.2 K)的热噪声仅为2 fT/√Hz,然后针对目前存在的问题对下一步研究工作进行了简要展望。论文相关工作对于提升超导/磁阻式复合传感器性能、促进其推广应用具有重要的借鉴和指导意义。 展开更多
关键词 超导/磁阻式复合磁传感器 超导磁放大器 高灵敏 三轴化
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高质量Ni(111)/石墨烯薄膜制备及其磁阻传感器仿真研究
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作者 吴瑞楠 潘孟春 +3 位作者 胡悦国 陈棣湘 胡佳飞 邱伟成 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第7期15-17,27,共4页
Ni(111)/石墨烯异质外延结构具有完美的自旋过滤效应,可应用于高性能微纳磁阻传感器的研制。然而,高质量Ni(111)/石墨烯薄膜的制备及其磁阻传感器研究还不够完善。基于铁磁衬底上石墨烯生长机理,通过调控石墨烯的成核、晶畴取向、碳偏... Ni(111)/石墨烯异质外延结构具有完美的自旋过滤效应,可应用于高性能微纳磁阻传感器的研制。然而,高质量Ni(111)/石墨烯薄膜的制备及其磁阻传感器研究还不够完善。基于铁磁衬底上石墨烯生长机理,通过调控石墨烯的成核、晶畴取向、碳偏析等基元过程,实现了高质量Ni(111)/石墨烯薄膜的制备,石墨烯样品层数均匀、表面平整,无明显缺陷。同时,通过第一性原理仿真,分析了不同材料体系对石墨烯磁传感器敏感效应的影响规律,研究表明,Ni(111)/石墨烯/Ni(111)材料体系具有较高的磁阻变化率,适用于后续磁传感器的研发。 展开更多
关键词 石墨烯 自旋过滤 磁阻传感器 第一性原理 磁阻变化率
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磁隧道结器件频率响应特性有限元仿真方法
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作者 姚馨平 潘孟春 +3 位作者 冀敏慧 胡佳飞 张琦 李裴森 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第6期21-24,共4页
磁隧道结(MTJ)器件是隧道磁电阻传感器的核心结构,其频率响应特性关乎传感器的性能。本文提出了一种“隧道结电路模型+分布式寄生电容”的MTJ器件频率响应特性有限元仿真方法,并对桥式结构MTJ器件进行了实验测试与仿真对比分析,验证了... 磁隧道结(MTJ)器件是隧道磁电阻传感器的核心结构,其频率响应特性关乎传感器的性能。本文提出了一种“隧道结电路模型+分布式寄生电容”的MTJ器件频率响应特性有限元仿真方法,并对桥式结构MTJ器件进行了实验测试与仿真对比分析,验证了该仿真方法的有效性。基于所提方法,针对电极尺寸对器件频响特性的影响进行了系统仿真,验证了利用该方法进行优化设计的可行性。相关研究对MTJ器件的设计具有重要指导意义。 展开更多
关键词 磁隧道结 隧道磁电阻 频率响应 有限元仿真
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三轴磁传感器分量误差两步校正方法 被引量:5
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作者 张德文 张琦 +3 位作者 田武刚 潘孟春 万成彪 刘中艳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1707-1713,共7页
在三轴磁传感器测量误差校正方面,传统的椭球拟合算法只能实现磁场总量的校正,没有给出明确的测量误差模型参数求解方法,无法保证磁场分量校正效果。针对此种情况,提出三轴磁传感器分量误差的两步校正方法。第一步,建立三轴磁传感器测... 在三轴磁传感器测量误差校正方面,传统的椭球拟合算法只能实现磁场总量的校正,没有给出明确的测量误差模型参数求解方法,无法保证磁场分量校正效果。针对此种情况,提出三轴磁传感器分量误差的两步校正方法。第一步,建立三轴磁传感器测量误差模型,利用椭球拟合算法求解中间参数;第二步,对中间参数进行解耦,得到实际三轴磁传感器测量误差模型参数,从而实现三轴磁传感器的磁场总量和分量校正。仿真结果表明该方法能够精确求解出三轴磁传感器测量误差模型参数,从而有效实现三轴磁传感器分量误差校正。实验结果验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 三轴磁传感器 分量校正 椭球拟合 两步校正法
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发动机叶片微缺陷自动检测系统的设计 被引量:4
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作者 华泽锋 潘孟春 +2 位作者 陈棣湘 周卫红 刘丽辉 《中国测试》 CAS 北大核心 2021年第10期109-113,共5页
针对传统无损检测劳动强度大、可靠性与一致性较低的问题,设计一套基于柔性电磁传感器和运动控制平台的发动机叶片微缺陷自动检测系统。该系统由传感器及信号检测电路、多自由度运动平台和计算机三部分组成,配合相应的自动化检测软件,... 针对传统无损检测劳动强度大、可靠性与一致性较低的问题,设计一套基于柔性电磁传感器和运动控制平台的发动机叶片微缺陷自动检测系统。该系统由传感器及信号检测电路、多自由度运动平台和计算机三部分组成,配合相应的自动化检测软件,能够实现扫查路径设置、传感器探头自动扫查、检测数据预处理和微缺陷成像等功能。测试结果表明:该系统能够对发动机叶片进行自动化检测,可靠性高,成像效果好,检测误差不超过0.2 mm。 展开更多
关键词 柔性电磁传感器 自动检测 发动机叶片 可视化
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一种考虑地磁梯度变化的航磁补偿方法 被引量:4
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作者 潘雪 张琦 +3 位作者 潘孟春 刘中艳 陈卓 刘舒畅 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第10期5-7,10,共4页
Tolles-Lawson(T-L)方程广泛应用于航磁干扰补偿,在模型中地磁场被设定为恒定值。但实际中地磁场存在梯度,补偿精度会受到影响。针对这一问题,在传统T-L模型中考虑了地磁场梯度变化,推导出非恒定地磁场的参数估计和补偿公式。根据飞行... Tolles-Lawson(T-L)方程广泛应用于航磁干扰补偿,在模型中地磁场被设定为恒定值。但实际中地磁场存在梯度,补偿精度会受到影响。针对这一问题,在传统T-L模型中考虑了地磁场梯度变化,推导出非恒定地磁场的参数估计和补偿公式。根据飞行器同一航迹下正飞与反飞情况干扰磁场的关系,可实现磁梯度修正,然后将测量数据代入模型中进行补偿,获取高精度的磁场测量值。仿真结果表明:线性和非线性变化的地磁梯度情况下,标准差均值分别从0.1423 nT降为0.0802 nT和0.1827 nT降为0.0665 nT,证明改进的模型对磁干扰有较好的补偿效果。 展开更多
关键词 非线性变化 地磁梯度 磁干扰 标准差
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基于隧道结磁阻传感器的电调磁性测试方法 被引量:2
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作者 车玉路 张博 +3 位作者 陈棣湘 潘孟春 胡佳飞 潘龙 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第3期113-116,共4页
对于薄膜的电场调控磁性测试方法存在仪器设备昂贵,响应速度慢等问题。针对以上问题,提出一种基于隧道结磁阻传感器的电调磁性测试方法。为验证该方法的可行性,分别利用超导量子干涉仪和该测试方法对铁镓硼磁性薄膜样品进行电调磁性测试... 对于薄膜的电场调控磁性测试方法存在仪器设备昂贵,响应速度慢等问题。针对以上问题,提出一种基于隧道结磁阻传感器的电调磁性测试方法。为验证该方法的可行性,分别利用超导量子干涉仪和该测试方法对铁镓硼磁性薄膜样品进行电调磁性测试,结果表明:两种测试方法的结果相同,样品的电调磁行为均为蝶形且电场拐点均为+2,+4,-2,-4 kV/cm。此外,用该方法还可以用于研究不同偏置磁场和电场下的薄膜的磁电耦合特性,而被应用于磁传感器和微波器件等的研发中。所提测试方法具有操作简单、响应速度快、成本低等优点,可大大简化电场调控磁性的测试过程。 展开更多
关键词 电场调控磁性 隧道结磁传感器 磁性薄膜 测试方法
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TMR磁传感器磁通调制结构温度稳定性研究 被引量:1
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作者 张君盛 潘孟春 +3 位作者 胡佳飞 杜青法 孙琨 张欣苗 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第12期22-25,共4页
隧道磁电阻(TMR)磁传感器在生物磁场、目标探测、地磁导航、无损检测等领域均有极大的发展潜力,但1/f噪声极大限制了其低频磁场探测能力。基于压电谐振的磁通调制结构能够将1/f噪声降低近2个量级,但其调制效率受温度影响明显。为提高调... 隧道磁电阻(TMR)磁传感器在生物磁场、目标探测、地磁导航、无损检测等领域均有极大的发展潜力,但1/f噪声极大限制了其低频磁场探测能力。基于压电谐振的磁通调制结构能够将1/f噪声降低近2个量级,但其调制效率受温度影响明显。为提高调制结构的温度稳定性,提出了一种相幅双闭环温补控制方法。测试结果表明:调制结构在0~40℃的变温范围内振幅波动约为0.01%/℃,远低于补偿前的0.19%/℃,稳定性提升约19倍。 展开更多
关键词 隧道磁电阻磁传感器 磁通调制 谐振控制 温漂补偿
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微压电梁振动一体化测试方法 被引量:1
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作者 张博 潘孟春 +3 位作者 胡佳飞 杜青法 潘龙 孙琨 《传感器与微系统》 CSCD 2020年第9期122-125,共4页
微压电梁因其反应灵敏、易加工等特性被广泛应用于各类传感器件中。针对微压电梁振动幅值、品质因数和谐振频率测试方法存在漂移误差、测试参数单一以及测试效率较低等普遍性问题,提出了微压电梁谐振参数一体化测试方法,设计并搭建了以... 微压电梁因其反应灵敏、易加工等特性被广泛应用于各类传感器件中。针对微压电梁振动幅值、品质因数和谐振频率测试方法存在漂移误差、测试参数单一以及测试效率较低等普遍性问题,提出了微压电梁谐振参数一体化测试方法,设计并搭建了以高精度控制电路为核心的一体化测试系统。针对测试过程中由于测试系统稳定性差或微压电梁振动漂移导致的误差问题,提出了基于数字信号处理器(DSP)模块的数字比例—积分(PI)控制方案,大大提高了测试系统稳定性。实验结果表明:通过对微压电梁振动漂移抑制,谐振频率最大误差减小50.3%,振幅偏差减小40%。 展开更多
关键词 微压电梁 一体化测试 谐振性能参数 比例—积分(PI)补偿漂移抑制
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基于机器学习的地磁矢量图适配性研究
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作者 朱灿林 潘孟春 +3 位作者 张琦 刘中艳 陈卓 刘旺 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第8期21-24,28,共5页
地磁矢量匹配算法充分利用了地磁分量信息,可有效提升地磁导航精度和鲁棒性,但目前地磁适配性分析主要基于地磁总量图。针对地磁矢量图的适配性问题,提出了一种基于机器学习的地磁矢量图适配性分析方法。首先,构建了地磁矢量待选特征参... 地磁矢量匹配算法充分利用了地磁分量信息,可有效提升地磁导航精度和鲁棒性,但目前地磁适配性分析主要基于地磁总量图。针对地磁矢量图的适配性问题,提出了一种基于机器学习的地磁矢量图适配性分析方法。首先,构建了地磁矢量待选特征参数集合,基于Relief方法对特征参数进行筛选,建立了适用于矢量适配性评估的特征参数集;其次,基于神经网络模型搭建了全连接和非全连接两种不同的网络架构;最后,以特征参数集作为输入,训练神经网络。测试结果表明:非全连接神经网络具有更好的矢量适配性评估能力,在实测数据集分类准确率达到了83.6%。 展开更多
关键词 地磁导航 适配性 地磁矢量 特征参数 神经网络
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基于粒子群算法的地磁矢量测量系统一体化校正
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作者 王振雄 张琦 +3 位作者 潘孟春 陈卓 王泽 任鑫田 《中国测试》 CAS 北大核心 2022年第6期13-17,25,共6页
捷联式地磁矢量测量系统通常由三轴磁传感器和惯导构成,但是三轴磁传感器本身存在误差、惯导对磁传感器的磁干扰误差以及惯导和三轴磁传感器坐标系的非对准误差等因素限制捷联式矢量测量系统的测量精度。为提高捷联式地磁矢量测量系统... 捷联式地磁矢量测量系统通常由三轴磁传感器和惯导构成,但是三轴磁传感器本身存在误差、惯导对磁传感器的磁干扰误差以及惯导和三轴磁传感器坐标系的非对准误差等因素限制捷联式矢量测量系统的测量精度。为提高捷联式地磁矢量测量系统的精度,该文通过分析捷联式地磁矢量测量系统各部分误差的特点,以地磁总量为约束,建立捷联式矢量测量系统的误差一体化校正模型,提出采用粒子群算法对模型中的校正参数进行求解,对实验数据进行校正,校正后合成总量和三分量的标准差分别由校正前的166.42 nT、11867.77 nT、11707.69 nT、12422.90 nT降为11.92 nT、17.51 nT、19.41 nT、7.9 nT,说明校正效果良好,表明该方法可有效的提高捷联式地磁矢量测量系统的精度。 展开更多
关键词 地磁矢量测量 粒子群算法 误差校正 干扰补偿
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基于电容传感器的高铁接触线磨损检测方法
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作者 宋汐 刘丽辉 +3 位作者 任远 潘孟春 周卫红 陈棣湘 《无损检测》 CAS 2022年第7期6-9,共4页
提出一种基于电容传感器的检测方法来检测接触线的磨损量,利用Schwarz-Christoffel变换分析了电容值和磨损量的近似线性关系,并利用COMSOL软件建立仿真模型,对比计算电容值和理论电容值来验证检测的准确性。仿真和试验证实了检测电容能... 提出一种基于电容传感器的检测方法来检测接触线的磨损量,利用Schwarz-Christoffel变换分析了电容值和磨损量的近似线性关系,并利用COMSOL软件建立仿真模型,对比计算电容值和理论电容值来验证检测的准确性。仿真和试验证实了检测电容能够实现接触线磨损量的检测。 展开更多
关键词 电容传感器 磨损量 Schwarz-Christoffel变换
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面向发动机叶片检测的四轴运动平台设计与实现
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作者 雍雨晨 华泽锋 +2 位作者 潘孟春 陈棣湘 刘丽辉 《机械》 2022年第12期61-66,共6页
飞机发动机上的叶片数量众多且属于高速旋转件,所受载荷复杂、使用环境恶劣,容易产生裂纹。为实现对发动机叶片复杂表面缺陷的检测,同时减少控制复杂度,本文设计一种面向发动机叶片检测的四轴运动平台。该系统由四轴机械结构、驱动系统... 飞机发动机上的叶片数量众多且属于高速旋转件,所受载荷复杂、使用环境恶劣,容易产生裂纹。为实现对发动机叶片复杂表面缺陷的检测,同时减少控制复杂度,本文设计一种面向发动机叶片检测的四轴运动平台。该系统由四轴机械结构、驱动系统和控制系统组成,在柔性电磁传感器和上位机软件的a检测,检测裂纹长度的绝对误差小于0.02 mm。 展开更多
关键词 四轴运动平台 发动机叶片 裂纹检测 驱动系统 控制系统
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Crack Length Quantification Based on Planar Eddy-Current Sensor Array and Two-Dimensional Image
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作者 Liu Lihui Tian Wugang +3 位作者 pan mengchun Chen Dixiang Xie Ruifang Ren Yuan 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2018年第6期1047-1052,共6页
Eddy-current (EC) testing is an effective electromagnetic non-destructive testing (NDT) technique.Planar eddy-current sensor arrays have several advantages such as good coherence,fast response speed,and high sensitivi... Eddy-current (EC) testing is an effective electromagnetic non-destructive testing (NDT) technique.Planar eddy-current sensor arrays have several advantages such as good coherence,fast response speed,and high sensitivity,which can be used for micro-damage inspection of crucial parts in mechanical equipments and aerospace aviation.The main purpose of this research is to detect the defect in a metallic material surface and identify the length of a crack using planar eddy-current sensor arrays in different directions.The principle and characteristics of planar eddy-current sensor arrays are introduced,and a crack length quantification algorithm in different directions is investigated.A damage quantitative detection system is established based on a field programmable gate array and ARM processor.The system is utilized to inspect the micro defect in a metallic material,which is carved to micro crack with size of 7mm(length)×0.1mm(width)×1mm(depth).The experimental data show that the sensor arrays can be used for the length measurement repeatedly,and that the uncertainty of the length measurement is below ±0.2mm. 展开更多
关键词 CRACK PLANAR EDDY-CURRENT sensor ARRAY NON-DESTRUCTIVE testing(NDT) quantification 2-D image
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一种改进的基于导数迭代的磁场向下延拓方法 被引量:2
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作者 王泽 陈棣湘 +7 位作者 刘中艳 潘孟春 陈卓 王振雄 任鑫田 徐昱静 胡佳飞 张琦 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2022年第1期284-290,共7页
高精度的地磁场数据库是地磁匹配导航的基础.在构建地磁数据库时,需要将空中的航磁测量数据向下延拓至某一水平面,而向下延拓在数学上具有不适定性,通常利用迭代方法逐次逼近"适定最优解".本文针对导数迭代法在迭代过程中的... 高精度的地磁场数据库是地磁匹配导航的基础.在构建地磁数据库时,需要将空中的航磁测量数据向下延拓至某一水平面,而向下延拓在数学上具有不适定性,通常利用迭代方法逐次逼近"适定最优解".本文针对导数迭代法在迭代过程中的噪声累积问题,提出一种改进方法,首先利用稳定的向上延拓将观测面和向上延拓、向下延拓同等高度平面上的磁场值联系起来,再通过垂向一阶导数关系构造残差项,为了抑制高频噪声的干扰,采用向上延拓算子对残差项进行低通滤波,最后更新迭代值.在不同噪声水平的仿真条件下,改进方法的延拓误差仅为导数迭代法的四分之一,表明改进方法的抗噪能力与精度远远优于导数迭代法,同时实测数据也验证了改进方法可以实现稳定的磁场向下延拓. 展开更多
关键词 地磁数据库 向下延拓 导数迭代法 滤波 高频噪声 抗噪能力
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