基于磁致伸缩/压电多场耦合效应的瞬态磁场传感机理及技术研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    61801402
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    23.0万
  • 负责人：
    鲁彩江
  • 依托单位：
    西南交通大学
  • 学科分类：
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Magnetoelectric/piezoelectric composite has drawn wide attentions for the promising applications in magnetic sensing devices. However, under the transient magnetic field, the mechanism of magnetic-force-electric multi-field nonlinear coupling of composite is not clear, and is in an complex mapping relationship with the transient magnetic field parameters, their working modes, and external constraints. Consequently, there are many scientific problems to be solved. Based on the requirements of transient magnetic field measurement in the power system for new principles, new materials and new components, this project attempts to study the transient magnetic field sensing mechanism and technology based on the magnetostrictive/piezoelectric multi-field coupling effect. It focus on clarifying the mapping relation between the transient magnetic field parameters and the transient magnetoelectric response characteristic of the composite, and making sure the key technical indexes of transient magnetic field sensing of composite. Additionally, the influence of the bias magnetic field and mechanical constraint on the transient response of the material will be revealed, and then the transient performance control method of multi-factor coordination will be proposed. At the same time, combining the simulation and theoretical deduction, the interaction mechanism of transient magnetoelectric effect by the strain/stress media and the causality of various parameters (magnetic-force-electricity) will be revealed. The research results will provide theoretical and experimental basis for the using of magnetostrictive/piezoelectric composites in the field of transient magnetic field detection, which is basic and universal, and can meet the urgent demand of power system in the background of Energy-Internet for high-performance transient magnetic sensors.
磁致伸缩/压电复合材料在磁场探测领域极具应用前景，引起了研究者们的普遍关注。然而，瞬态磁场激励下材料的磁-力-电多场非线性耦合机理尚未明确，与瞬态磁场参数、自身工作模态、外部约束条件等因素呈现复杂的映射关系，其中蕴含着诸多科学问题有待解决。本项目立足于电力系统瞬态磁场监测对新原理、新材料和新元件的需求，开展基于磁致伸缩/压电多场耦合效应的瞬态磁场传感机理及技术研究。重点阐明瞬态磁场参数与材料磁电响应特性的映射关系，明确材料瞬态磁场传感关键技术指标；揭示外部约束条件对材料瞬态响应影响规律，提出多因素协调作用的瞬态磁电性能调控方法；通过仿真和理论推导相结合的方法揭示以应变/应力为媒介的瞬态磁电效应相互作用机理、各种参量（磁-力-电）的因果关系。研究成果将为复合材料在瞬态磁场检测领域提供理论基础和实验依据，具有基础性和通用性，以期能满足能源互联网背景下的电力系统对高性能瞬态磁传感器的迫切需求。

结项摘要

本项目针对磁致伸缩/压电复合材料在瞬态激励下的磁电耦合效应开展研究，以Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9/PZT/Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9叠层复合材料、Terfenol-D/PZT/Terfenol-D叠层复合材料、FeGa/PZT圆柱形复合材料为对象，研究了材料瞬态磁电效应与瞬态激励参数、材料自身工作模态、外部约束条件等的复杂映射关系。已按计划任务书完成了研究目标：1）以方波电流、瞬态小电流、8/20μs雷电流为激励，产生不同瞬态磁场；研究了瞬态激励电流/磁场幅值、宽度等参数变化对磁致伸缩/压电复合材料磁电响应的影响，明确了复合材料作为瞬态电流/磁场传感器的技术指标，明确了复合材料的磁电电压阻尼振荡现象与瞬态磁场参数、材料本征频率有关；研究表明磁致伸缩/压电复合材料可用于瞬态磁场峰值、宽度测量。2）研究了外部偏置磁场对磁致伸缩/压电复合材料瞬态传感特性的影响，通过改变外部偏置磁场，可以有效调控材料的瞬态磁电响应。3）采用拉压力试验机施加外部力学约束，研究了力学约束对磁致伸缩/压电复合材料瞬态磁电响应的影响机理，证明了其对材料阻尼振荡的有效调控，为磁致伸缩/压电复合材料作为瞬态电流/磁场传感器应用提供了设计依据。4）借助有限元仿真软件，分析了磁致伸缩/压电复合材料的基本磁电性能，分析了其在瞬态小电流、8/20μs雷电流激励下的瞬态磁电性能，仿真结果与实验结论一致。5）针对电力监测需要，基于磁致伸缩/压电复合材料，构建了自供电无线监测系统，实现了电流/磁场的远程无线测量。在本项目的资助下，在国际期刊发表SCI检索论文10篇，国内期刊发表论文5篇，申请了8项国家发明专利；培养博士研究生1名，硕士研究生培养6名。

项目成果

期刊论文数量（15）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（8）
基于深度学习的杆塔接地网断点诊断方法研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    电子测量与仪器学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    孙绍珩;鲁彩江;曹中清;刘子轩;江雪玲;李林峰
  • 通讯作者：
    李林峰
Self-biased magnetoelectric current sensor based on SrFe12O19/FeCuNbSiB/PZT composite
基于SrFe12O19/FeCuNbSiB/PZT复合材料的自偏置磁电流传感器
  • DOI：
    10.1016/j.sna.2019.03.008
  • 发表时间：
    2019-05-01
  • 期刊：
    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Ou, Zhengyu;Lu, Caijiang;Gao, Hongli
  • 通讯作者：
    Gao, Hongli
Investigation of transient magnetoelectric response of magnetostrictive/piezoelectric composite applicable for lightning current sensing
适用于雷电流传感的磁致伸缩/压电复合材料瞬态磁电响应研究
  • DOI：
    10.1016/j.sna.2021.112789
  • 发表时间：
    2021-04
  • 期刊：
    Sensors and Actuators A: Physical
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhou Hai;Xu Changbao;Lu Caijiang;Jiang Xueling;Zhang Ziyan;Wang Jingqi;Xiao Xiaobing;Xin Mingyong;Wang Lei
  • 通讯作者：
    Wang Lei
Analysis of Magneto-Mechanical Response for Magnetization-Graded Ferromagnetic Material in Magnetoelectric Laminate
磁电叠层中磁化梯度铁磁材料的磁机械响应分析
  • DOI：
    10.3390/ma13122812
  • 发表时间：
    2020-06
  • 期刊：
    Materials
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Hai Zhou;Feihu Yu;Xueling Jiang;Caijiang Lu;Zhongqing Cao;Xiang Chen;Hongli Gao;Aichao Yang
  • 通讯作者：
    Aichao Yang
Nonlinear modeling of bending-mode magnetoelectric coupling in asymmetric composite structures with magnetization-graded ferromagnetic materials
磁化梯度铁磁材料不对称复合结构中弯曲模式磁电耦合的非线性建模
  • DOI：
    10.1063/1.5132972
  • 发表时间：
    2020-05-01
  • 期刊：
    AIP ADVANCES
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Lu, Caijiang;Zhou, Hai;Gao, Hongli
  • 通讯作者：
    Gao, Hongli

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一种振动自供能无线传感器的电源管理电路
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    电子技术应用
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    文玉梅;叶建平;李平;代显智;尹文建;鲁彩江;杨爱超
  • 通讯作者：
    杨爱超

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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