Als erstes wird die Herstellung und Charakterisierung mit einer ferromagnetischen Legierungsschicht aus Nickel, Eisen und Molybdän überzogener Kupferdrähte beschrieben.
Es wird gezeigt, wie sich Parameteränderungen während des Herstellungsprozesses auf den GMI-Effekt (Giant Magnetic Impedance) auswirken. Die Variation der Molybdänkonzentration hat großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit und den GMI-Effekt und während der Beschichtung extern angelegte Magnetfelder beeinflussen ebenfalls den GMI-Effekt, insbesondere die Symmetrie der gemessenen
GMI-Kurve bezüglich des angelegten Magnetfeldes. Als nächstes wird gezeigt, dass der Matteucci-Effekt von dH/dt abhängt und nicht von einem möglichst großen Feld H. Auch entsteht der Matteucci-Peak immer beim selben Magnetfeld für verschiedene
dH/dt. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung des GMI-Effekts bei mechanischer Beeinflussung des Drahtes. Es wird ersichtlich, dass eine Zugbelastung eine irreversible Verringerung des GMI-Effekts zur Folge hat. Eine Torsionsbelastung ist dagegen, wenn sie nicht zu groß ist, teilweise reversibel. Außerdem werden Matteucci-, Wiegand- und GMI-Effekt untereinander verglichen. Die absolut gemessenen Werte
zeigen dabei keinerlei Korrelationen. Vergleicht man die Effekte jedoch im Verlauf des externen Magnetfeldes so existieren Korrelationen bezüglich der Orte von Maxima und Minima der unterschiedlichen Effekte. Im letzten Teil wird gezeigt, dass der Wiegand-Effekt der beschichteten Kupferdrähte die Größenordnung von industriell gefertigten Drähten erreicht.
Im zweiten Teil wird die Konstruktion und Vermessung eines Torsionssensors beschrieben.
Als Material kommt dabei ein amorpher ferromagnetischer Metallstreifen
zum Einsatz. Zunächst wird gezeigt, dass mit solchen Metallstreifen prinzipiell Torsionsmessungen
möglich sind. Danach wird der optimale Messbereich des Sensors mit
der größten Empfindlichkeit bestimmt. Schließlich werden Untersuchungen bezüglich
des Hystereseverhaltens gemacht.
Inhaltsverzeichnis
- Danksagung
- Kurzfassung
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Magnetische Eigenschaften von Materialien
- 2.2 Magnetische Anisotropie
- 2.3 Ferromagnetische Domänen
- 2.4 Magnetische Hysterese
- 2.5 Magnetische Domänenwandbewegung
- 2.6 Der GMI-Effekt
- 2.7 Der Matteucci-Effekt
- 2.8 Der Wiegand-Effekt
- 3 Herstellung und Charakterisierung von GMI-Sensoren
- 3.1 Herstellung der Drähte
- 3.2 Charakterisierung der Drähte
- 3.2.1 GMI-Messungen
- 3.2.2 Matteucci-Messungen
- 3.2.3 Wiegand-Messungen
- 3.2.4 REM-Aufnahmen und EDX-Analysen
- 3.3 Einfluss der Molybdänkonzentration auf den GMI-Effekt
- 3.4 Einfluss eines externen Magnetfeldes während der Beschichtung auf den GMI-Effekt
- 3.5 Einfluss der Frequenz auf den Matteucci-Effekt
- 3.6 Einfluss mechanischer Belastung auf den GMI-Effekt
- 3.7 Vergleich der Effekte GMI, Matteucci und Wiegand
- 4 Konstruktion und Vermessung eines Torsionssensors
- 4.1 Konstruktion des Sensors
- 4.2 Vermessung des Sensors
- 4.2.1 Bestimmung des optimalen Messbereichs
- 4.2.2 Hystereseverhalten
- 5 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung magnetischer Sensoren basierend auf nanokristallinen und amorphen weichmagnetischen Legierungen. Ziel ist es, die Eigenschaften dieser Sensoren zu untersuchen und deren Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Anwendungen zu erforschen.
- Herstellung und Charakterisierung von GMI-Sensoren
- Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf den GMI-Effekt
- Entwicklung und Vermessung eines Torsionssensors
- Vergleich der Effekte GMI, Matteucci und Wiegand
- Potenzial und Einsatzmöglichkeiten der entwickelten Sensoren
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 2 behandelt die grundlegenden physikalischen Prinzipien, die für das Verständnis der magnetischen Eigenschaften von Materialien und der Funktionsweise der Sensoren relevant sind. Es werden die wichtigsten magnetischen Phänomene wie Magnetische Anisotropie, Ferromagnetische Domänen, Magnetische Hysterese und Magnetische Domänenwandbewegung erläutert. Außerdem werden die physikalischen Grundlagen des GMI-Effekts, des Matteucci-Effekts und des Wiegand-Effekts vorgestellt.
Kapitel 3 beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von GMI-Sensoren. Es wird gezeigt, wie sich Parameteränderungen während des Herstellungsprozesses auf den GMI-Effekt auswirken. Die Variation der Molybdänkonzentration hat großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit und den GMI-Effekt. Auch extern angelegte Magnetfelder während der Beschichtung beeinflussen den GMI-Effekt, insbesondere die Symmetrie der gemessenen GMI-Kurve bezüglich des angelegten Magnetfeldes. Weiterhin wird der Einfluss der Frequenz auf den Matteucci-Effekt untersucht. Es wird gezeigt, dass der Matteucci-Effekt von dH/dt abhängt und nicht von einem möglichst großen Feld H. Auch entsteht der Matteucci-Peak immer beim selben Magnetfeld für verschiedene dH/dt. Schließlich wird der Einfluss mechanischer Belastung auf den GMI-Effekt untersucht. Es wird ersichtlich, dass eine Zugbelastung eine irreversible Verringerung des GMI-Effekts zur Folge hat. Eine Torsionsbelastung ist dagegen, wenn sie nicht zu groß ist, teilweise reversibel. Außerdem werden Matteucci-, Wiegand- und GMI-Effekt untereinander verglichen. Die absolut gemessenen Werte zeigen dabei keinerlei Korrelationen. Vergleicht man die Effekte jedoch im Verlauf des externen Magnetfeldes so existieren Korrelationen bezüglich der Orte von Maxima und Minima der unterschiedlichen Effekte.
Kapitel 4 beschreibt die Konstruktion und Vermessung eines Torsionssensors. Als Material kommt dabei ein amorpher ferromagnetischer Metallstreifen zum Einsatz. Zunächst wird gezeigt, dass mit solchen Metallstreifen prinzipiell Torsionsmessungen möglich sind. Danach wird der optimale Messbereich des Sensors mit der größten Empfindlichkeit bestimmt. Schließlich werden Untersuchungen bezüglich des Hystereseverhaltens gemacht.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Herstellung und Charakterisierung magnetischer Sensoren, den GMI-Effekt, den Matteucci-Effekt, den Wiegand-Effekt, nanokristalline und amorphe weichmagnetische Legierungen, Torsionssensor, Hystereseverhalten, Einfluss mechanischer Belastung, Einfluss von Parametern auf den GMI-Effekt, Oberflächenbeschaffenheit, Frequenzabhängigkeit, Magnetfeldabhängigkeit, REM-Aufnahmen, EDX-Analysen.
- Quote paper
- Thomas Nentwig (Author), 2007, Herstellung und Charakterisierung magnetischer Sensoren basierend auf nanokristallinen und amorphen weichmagnetischen Legierungen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/186510
