磁力-机械共振器磁距天然频率的依赖性
应用物理
2025-09-01 v2 医学物理
摘要
在诸多情境下(如医疗程序或工业过程工程)，对任意位置的物理量(如温度或压力)进行精确推导具有重要价值。基于永磁体旋转子和定子相互作用的新型传感器技术——磁力-机械共振器(MMR)，可实现对传感器位置和取向的同步跟踪，同时感知外部测量量。其中，测量量通过改变磁距来耦合到扭转振荡频率。本文分析了MMR传感器相对于转子-定子距离的(与偏转角无关的)天然频率依赖性，并评估了理论模型的性能。所提出的三个传感器均包含球形和/或圆柱形磁体，可在61.9-307.3 Hz的范围内进行可调频率操作。我们提出的获取天然频率的方法对初始偏转幅度和品质因数产生的变化具有较强鲁棒性，导致平均值的统计误差小于0.05%。我们发现，距离-频率关系可通过考虑材料和制造不确定性的改进偶极子模型良好描述。其组合效应可通过调整单个参数来补偿，从而将中位数模型偏差通常降低到0.2%以下。我们所描绘的方法和结果对于设计和校准新型利用MMR技术的传感器类型至关重要。
引用
@article{arxiv.2503.04520,
title = {Natural Frequency Dependency of Magneto-Mechanical Resonators on Magnet Distance},
author = {Jonas Faltinath and Fabian Mohn and Fynn Foerger and Martin Möddel and Tobias Knopp},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.04520},
year = {2025}
}
备注
9 pages, 4 figures, accepted for publication in IEEE Sensors Journal