a)密度与体积：密度比晶态小1～2%;同一非晶态合金试件，其密度在淬火态和退火态略有不同，一般经充分的退火处理，其体积缩小0.5%,密度相应增加约0.5%。

b)弹性模量：呈各向同性，比晶态低，可通过控制合金成分调节模量大小，在一定温度范围内保持恒定。

c)强度和硬度：强度高，硬度高。

d)韧性和脆性：韧性很好，有的可达弯曲180°不断裂。但Fe基非晶态合金对退火条件很敏感，有时有易碎倾向。

2、非晶态合金的磁学性能

1)与晶态无大的区别，导磁率较大、损耗较小。

2)居里温度较低，可在一定范围内调整。

3)磁致伸缩

铁磁材料磁化时其几何形状、体积大小发生微小变化的现象。前者称形变磁致伸缩，后者称体积磁致伸缩。形变磁致伸缩由纵向磁致伸缩和横向磁致伸缩构成(两者分别指试件平行和垂直于磁化方向的磁致伸缩)。一般试件沿磁化方向伸长则往往伴有垂直方向上的缩短；反之亦然。

4)磁各向异性

理想非晶合金是均匀的各向同性体，宏观上无磁各向异性。实际上无论是淬态的非晶合金还是加工处理后的非晶合金，都有一定的磁各向异性。

5)非晶合金的技术磁性

技术磁性指非晶合金在技术磁化时所表现出来的磁特性。技术磁化是经外磁场作用，把材料自发磁化形成的各磁畴的磁化方向转向或接近外磁场方向，使这些磁畴通过畴壁移动和转动完成磁化。技术磁性主要包括矫顽力、剩磁化、损耗、磁导率等。

3、非晶态合金的电学性能

与晶态金属比，非晶态合金电阻率较高，室温下约为晶态的2~4倍；电阻率的温度系数小，可随成分改变符号；电阻率随温度变化而不同，常在低温区出现一个不同于晶态合金的电阻极小值；在室温附近随温度呈线性变化。电阻率和电阻温度系数都可通过控制合金成分和材料处理加以调节。

4、非晶态合金的化学性能

主要为耐腐蚀性、触媒作用和储氢作用。不少非晶合金耐腐蚀性很好，远超不锈钢。

敏感功能指敏感材料把被测量按一定规律变换成某种更便于利用和处理的信号的能力。非晶合金基本上属物理敏感材料，其完成信息转换所利用的规律多与物理现象有关，典型物理量包括机械量、电学量、磁学量、热学量和光学量等。

对于非晶合金，机、电和磁三者间的互相转换和影响是其敏感功能的核心。若以非晶合金的磁效应和磁能为核心，则磁学量与其他量之间的影响和转化所导致的各种现象构成所谓磁效应。磁效应的两方面含义：一是磁场作用所引起的非晶合金的力、电学等特性变化；二是机、电、热等物理量所引起的非晶合金的某些磁特性的改变。

1、非晶合金的磁-机变换功能

主要指将机械量转换成磁学量功能，包括磁场对机械性能的影响。磁弹性效应是非晶合金实现磁机转换的核心。典型磁弹性效应有磁致伸缩(正)效应与逆磁致伸缩效应、Wiedemann效应和逆Wiedemann效应和大△E效应和大△G效应。

正、逆磁致伸缩效应存在使非晶合金材料中原本互相独立的磁系统和机械系统发生关联。例如，反映材料应力/应变关系的E不仅取决于应力/应变关系，还与材料磁化状态有关；相应的，材料磁导率不仅取决于其磁化强度与磁场的关系，还与试件受力状态有关。

正、逆磁致伸缩效应的本质是使材料的磁系统和弹性系统发生能量交换。具体讲，通过改变B和H增加材料的磁能，则所增的磁能中，有部分会转变成弹性能，使材料发生形变；反之，如果改变和增加材料的弹性能，则所增弹性能中有部分会转变成材料磁能。一定的热力学条件下，这种双向转换的效率相等，可用机电耦合系数(磁弹性耦合系数)度量。

一般材料的弹性越好，磁导率越高，磁致伸缩效应越大，其机电转换效率越高。此外，机电耦合系数大小还与材料自身磁化状态有关。Fe基非晶合金薄带大多有高弹性、高磁导率和高磁致伸缩特性，因而机电转换效率很高。经适当退火处理，机电耦合系数还可提高。

磁致伸缩效应多用于超声波发生元件，或与其他物理效应组合起来用于物理量检测。除磁场外，可用非晶合金磁致伸缩效应检测的其他物理量有温度、距离、物位等。

利用非晶合金逆磁致伸缩效应可测的物理量涵盖磁场、应力/应变、扭矩、冲击、声音、压力、加速度。应用这种效应时，非晶合金大多以某个线圈的磁芯的形式出现。在适当结构下，非晶合金磁芯直接感受被测量，通过逆磁致伸缩效应把被测量影响转换成电感线圈中某个电特性的变化、供后续专用电路检出。

2、非晶合金的磁-电变换功能与应用

此功能主要是将磁场变化转换成电量。根据不同的转换途径，其中主要物理效应包括电磁感应效应、霍尔效应、磁阻效应以及磁化曲线的非线性等。

1)电磁感应效应

电磁感应泛指物质的电和磁相互感应的现象，它们构成磁性材料应用的基础。如法拉第电磁感应定律。直接利用电磁感应定律和非晶软磁合金，可制成测转速、微小交变电流等物理量的无源传感器。

2)霍尔效应和磁阻效应

对通电的物质施加磁场，会使该物质的电位差发生变化，这是磁场电效应。对非晶合金有实用价值的磁场电效应主要是霍尔效应和磁阻效应。造成磁场电效应的磁场实际上是物质内部的磁场。它既包括有效磁场H,也包括磁化强度M的作用。

对铁磁材料，将与磁场H有关的效应称为正常效应,把与磁化强度M有关的效应称为反常效应。即非晶合金的霍尔效应和磁阻效应都有正、反常效应之分。

非晶合金的霍尔系数比晶态大，在居里温度Tc以下，非晶合金的霍尔系数几乎不受温度影响。

非晶合金还具有其他优良特性，如电阻率温度系数小、耐辐射等。因此，比其他敏感材料更能胜任某些特殊环境下的检测任务。例如非晶合金的磁阻效应可用来制造小的磁场传感器。

3)磁化曲线的可饱和特性

非晶合金的非线性磁化曲线与磁化时的外界因素密切相关。这也成为许多传感器的基础。例如，外磁场为零时，对非晶合金作对称交流磁化，其磁化曲线关于原点对称。一旦有外界偏置磁场，会使磁滞回线发生位移，从而引发一系列现象，如感应电压的正、负峰值失衡，过零时间不等，非线性调制使输出产生谐波等。利用这些可制成磁场传感器、防盗标签系统。机械应力作用使迟滞回线的形状改变，通过测量这些变化即可检测应力。如果利用最大磁感应强度与应力的关系，可制成力/应力传感器。

3、非晶合金的其他变换功能

1)机-电变换功能

非晶合金的机-电变换功能主要通过电阻形变效应实现。为提高测量准确性，要求形变材料的电阻温度系数值越低越好，而非晶合金的电阻率不仅高，且温度系数小，因此成为优质形变材料。除形变效应外，非晶合金的电阻率还与压力有关，据此能制成直接测量压力的传感器。

2)热变换功能

温度变化影响非晶合金的许多性质，因此非晶合金可通过多途径检测温度变化。这些途径主要涉及热-磁变换、热-机变换和热-电变换。尽管非晶合金的电阻温度系数比晶态合金低，不利于测温，但非晶合金的其他理化性能好，仍可成为某些特殊环境下的温敏材料。例如，Pdusimch非晶合金有很强的耐辐射性能，在低温下有较大的电阻温度系数。可用作核动力火箭发动机上的温度传感器，其测温范围可达4.2~300K。

1、脉冲感应型磁场传感器

利用磁化曲线的非线性区，被测外磁场Hex使工作点偏移，通过测工作点的位置来测量被测磁场。

1)工作原理

法拉第电磁感应定律和非晶合金材料磁化强度M与磁场强度H之间的非线性关系。

传感器探头基本结构如图，L为感应线圈、N匝，非晶合金磁芯的平均截面积为A。不考虑磁芯形状、退磁因子影响，即假设其内部磁场强度和外部磁场强度相同都是H,当线圈通重复脉冲电流时，非晶合金磁芯磁化，在断开电流(即对于脉冲电流下降沿)的瞬间，L两端产生感应电压。

vi=-N-Nd感应电压大小：

式中：Φ为磁芯磁通量，B=μ0(M+H)为磁感应强度，μ0为磁性常数，M为磁芯磁化强度。H由脉冲电流产生的He和被测磁场Hd两部分组成。一般He不仅比Hd大得多，且变化速度也快得多。所以vi=-NH₀+daledHe/dt>>dHd/dt。因此：

此外，对一定的电路结构，可认为在每次断开电流的瞬间dHe/dt为常数，这样感应电压Vi只取决于dM/dH。

从非晶磁性合金的基本性能可知，这种材料在微观结构上虽与相应的晶态合金不同，但其磁化特性与一般磁型材料大同小异，服从铁磁材料的一般磁化规律，具有铁磁材料典型的非线性的磁化特性。

脉冲电流源向线圈：提供一个受控脉冲电流，对非晶合金磁芯进行周期性磁化。

非晶合金磁芯：敏感器件，一方面感受被测磁场变化，将此变化调制到磁化状态上去；另一方面由电磁感应效应，把被测磁场变化转换为感应电压或其他电量。

感应电压检出器：把线圈产生的感应电压峰值取出，向外输出。

实用中，零场电压Vi0视为无效成分。若过高，会造成信号处理困难，需减小它对传感器输出的影响。常用空间抵消非晶合金法和时间抵消法。因此有两种典型结构。

双线圈单向励磁式：

双线圈单向励磁式脉冲感应型磁场传感器：探头由两平行反向放置的线圈组成，它们均有自己的励磁电路和感应电压检出电路。时钟电路产生时基，由脉冲形成电路转换成一串重复频率高、占空比很小的窄脉冲，去控制一对脉冲电流源，给这两个线圈进行单向励磁，峰值检出电路将线圈上的感应电压检测出来并保存，供后面运算电路进行抵消处理。假设两个线圈的零场感应电压为：Vil=ViO+△Vi和Vi2=Vi0-△Vi,则Vi1-Vi2=2△Vi。

单线圈双向励磁式：

仅用一个线圈，但有两个极性相反的感应电压检出器。脉冲电流源在时钟控制下，对线圈交替进行对称的双向励磁，感应电压检出器则把相邻两个不同极性的感应电压保存下来供后面作抵消运算。

2、非晶合金位移传感器

原理如图所示，在非晶合金丝上绕两组线圈，将线圈与桥式电路连接。V1,V2为快速开关管，E为直流电源，RL为调零电阻。非晶合金丝长54mm,直径120μm，磁致伸缩系数为零。两线圈间距大于10mm,因此两线圈可视为独立磁化的线圈。在非晶合金丝下方放一永久磁铁、这时磁铁产生的磁场仅加于线圈2,线圈1为参考。由于振荡桥路的两个感应线圈不平衡，在RL上产生直流输出电压。随磁铁位置的上、下移动，加在线圈2上的磁场变化，输出电压相应变化。

一般常见的温度传感器如热电偶、热敏电阻等，测量的是其放置点的温度。若要测某一空间范围的温度，就需测此范围内若干点的温度状况。中间的平均温度是对温度分布一定程度的度量。利用饱和磁致伸缩系数高的非晶态合金带的超声波传播速度与空间温度的关系，可制成平均温度敏感元件、构成平均温度传感器如图。

4、非接触式扭矩传感器

1)扭矩传感器基本原理

机械传动轴多用钢材制成。在其加工过程中，为使传动轴满足大扭矩传递要求，通常都对轴体进行表面硬化热处理。这样处理后的传动轴，表面残留有明显的压缩应力，且轴体本身的磁学特性也会劣化，因此仅凭同轴线圈来检测扭矩所引起的轴体磁导率变化很困难。为了在不损害传动轴机械特性的前提下，强化传动轴的磁致伸缩效应，可设法在传动轴的表面附着一层具有明显磁致伸缩效应的非晶合金材料，如Fe基非晶合金薄带、薄膜、细丝等。下图给出的方案采用一组“八”字形非晶合金薄片，这些Fe基非晶合金片两两成对，其方向分别与传动轴的轴线成±45°,分别感受扭矩在轴体表面生成的两个方向的主应力(应变)。

2)结构要点

根据线圈形式不同，非接触式扭矩传感器的结构可分两大类，即同轴线圈式和正交磁头式。

同轴线圈式的典型结构如上图所示。此结构中，激励线圈和检测线圈沿轴体的轴向分布，且三者的轴线重合。这种结构不仅可最大限度地消除偏心等原因所引起的测量误差，还能提高传感器的频响。

正交磁头式结构中，激励线圈和检线圈被封装成一个磁头，磁头垂直安放于某个贴近轴体表面的地方。由于磁头在结构上可与轴体分离，因此安装较方便。

3)检测电路及其性能

非晶合金扭矩传感器（近年来，Ebike迅速发展成为一个千亿市场，扭矩传感器作为关键零部件也受到很多企业的关注，深圳会议，我们一起听赵占奎教授谈谈非晶合金材料在EBike传感器开发应用中的认识与建议）的检测电路一般为差动式，用一对次级线圈分别检测扭矩对两组非晶合金磁芯磁性的影响，并用这两个次级线圈的感应电压差作输出。结构上，扭矩传感器电路分为激励和同步解调两部分。下图是一扭矩传感器的电路框图，其激励部分由振荡器和压/流变换器组成，同步解调部分由电子积分器、采样/保持放大器，电压比较器和多谐振荡器组成。传感器线圈及磁芯可视为一个变压器，变压器的次级线圈反相连接。该传感器实际上检测的是外加扭矩T引起的非晶合金磁芯最大磁感应强度Bmax的变化。

5、野战运动中的位置测量系统

磁致伸缩(非晶FeSiB线)延迟线技术

空载在每对导体中没有闭合的电回路，有负载时，有一个闭合的电回路和随后的电流流过导体循环。这个瞬变电流在搜索线圈上产生几乎瞬间的电压尖峰，也会在导体回和导体的交叉处产生瞬态磁场MDL瞬态磁场在交叉点处产生弹性微应变，在搜索线圈处检测为脉冲电压输出，其延迟时间T等于线圈与被压导体之间的MDL长度之比MDL的纵向声速。

如果只测量最短的延迟时间，则延迟时间与获得的跳跃成线性比例，并由以下公式给出：L=T/V+L₀式中，L是跳跃性能，T是延迟时间，V是MDL的纵向声速，L0是搜索线圈和跳远开始之间的偏移距离切入点为了测量延迟时间T和显示L,线圈的输出与微处理器控制电路相连，它使用振荡器和数字门技术计算延迟时间T。

6、非晶丝汽车轮胎传感器

德国、西班牙和卢森堡三国联合开发的非晶丝汽车轮胎传感器，利用非晶丝的GMI效应（如何利用非晶丝的GMI效应实现海洋复杂环境中的探测？来深圳非晶丝研讨会听郭兴玲项目总师怎么说）和SAW技术实现对运行中的轮胎状态遥感监测。其中关键器件是检测轮胎磨损和胎压状态的传感器，其原理如下图所示。

非晶丝元件作为外部负载耦合到SAW收发器件上，由磁场或应力引起非晶丝阻抗变化，改变SAW的共振频率，由此构成无线无源式磁敏或力敏传感器。如果在橡胶轮胎中分散加入磁性粒子，并在轮胎内表面安装SAW磁敏传感器，随着轮胎的磨损，SAW磁敏传感器能够感测到磁场减弱，实现对轮胎磨损状态的监测。若在轮胎内表安装SAW力敏传感器，轮胎的形变对非晶丝产生应力，力敏传感器可实现对胎压的监测。

可见，非晶合金丝制成的高灵敏度传感器市场发展潜力巨大。同时，非晶合金丝材也得到了军方、AI等高度关注。第四届非晶合金丝材研究进展暨Ebike传感技术发展研讨会将于2025年2月28日在深圳召开，欢迎参会共同探讨非晶丝的发展。