XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение

Точные измерения в научных экспериментальных исследованиях часто сталкиваются с проблемой нежелательных помех внешней среды. Окружающее излучение, рассеянные электромагнитные поля вносят шум и искажают результаты, что может приводить к недостоверным итоговым данным. В данном исследовании рассматривается влияние экран-камеры, которая используется для значительного ослабления воздействия ненужных внешних факторов, на величину магнитоэлектрического (МЭ) эффекта в композитной структуре из магнитострикционного и пьезоэлектрического материалов в области электромеханического резонанса.

Цель исследования

Цель настоящей работы заключается в исследовании влияния трехслойной экран-камеры на величину МЭ эффекта в композитной МЭ структуре АМАГ-225 / ЦТС-35 / АМАГ-225.

Материал и методы исследования

В работе приводится экспериментальное исследование поперечного МЭ эффекта в симметричной композитной магнитострикционно-пьезоэлектрической структуре АМАГ-225 / ЦТС-35 / АМАГ-225. В качестве магнитострикционного материала использовался аморфный магнитомягкий сплав АМАГ-225, а в качестве пьезоэлектрического материала – пьезокерамика цирконат-титанат свинца ЦТС-35.

При проведении экспериментального исследования был использован измерительный стенд, включающий в себя осциллограф, генератор, магнитометр, соленоид, ферритовый магнит и трехслойную экран-камеру. Для оценки влияния экран-камеры на величину МЭ эффекта, один эксперимент проводился без ее использования.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе проведенного экспериментального исследования был получен график зависимости выходного напряжения U_вых со слоистой МЭ структуры АМАГ-225 / ЦТС-35 / АМАГ-225 от частоты внешнего переменного магнитного поля f, представленный ниже на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зависимость выходного напряжения от частоты магнитного поля

Из рисунка 1 видно, что при проведении эксперимента с использованием стенда с экран-камерой наблюдается увеличение МЭ эффекта: с ее использованием максимальное U_вых составило 4,88 В на частоте резонанса f_рез = 34,9 кГц, без ее использования – максимальное U_вых составило 8,6 В на f_рез = 34,85 кГц.

Таким образом было получено, что с помощью измерительного стенда, включающего в себя трехслойную экран-камеру, можно добиться увеличения МЭ напряжения почти в 2 раза в композитной магнитострикционно-пьезоэлектрической структуре, по сравнению со стендом без ее использования. Это связано с тем, что за счет использования экран-камеры происходит подавление внешних помех окружающей среды, негативно влияющих на механические изменения магнитострикционной компоненты и, соответственно, на электрический сигнал пьезоэлектрика.

Заключение

Экранирование играет важную роль для достижения более высокой производительности при исследованиях МЭ эффекта. Снижение воздействия помех окружающей среды при помощи стенда с экран-камерой позволило добиться повышения выходного напряжения с МЭ структуры АМАГ-225 / ЦТС-35 / АМАГ-225. Полученные результаты подчеркивают значительный потенциал использования экранирования при разработке различных электронных устройств и систем, работа которых основана на МЭ эффекте.

Исследование выполнено за счет грана Российского научного фонда № 24-15-20044. https://rscf.ru/prjcard_int?24-15-20044.

Список литературы

1. Bichurin M., Petrov R., Sokolov O. et al. Magnetoelectric Magnetic Field Sensors: A Review // Sensors. 2021. 21(18): 6232.

2. Bichurin M., Petrov R., Tatarenko A. Magnetoelectric Composites: Modeling and Application // Advances in Materials. 2020. 9(2): 15.

3. Viehland D., Wuttig M., McCord J., Quandt E. Magnetoelectric magnetic field sensors // MRS Bulletin. 2018. Vol. 43. No. 11. P. 834-840.