超磁致伸縮振動(dòng)傳感器的模型與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超磁致伸縮材料Terfenol-D 具有逆磁致伸縮效應(yīng)，利用這種效應(yīng)可以制作超磁致伸縮振動(dòng)傳感器。基于逆磁致伸縮效應(yīng)的振動(dòng)傳感技術(shù)，很有可能開發(fā)出新一代的振動(dòng)傳感器，它可廣泛應(yīng)用于振動(dòng)測試和主動(dòng)振動(dòng)控制領(lǐng)域，促進(jìn)振動(dòng)測試與振動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。本文選擇了“超磁致伸縮振動(dòng)傳感器的模型與實(shí)驗(yàn)研究”這一既具有科學(xué)價(jià)值又具有工程實(shí)際意義的課題，以期對(duì)超磁致伸縮振動(dòng)傳感器的開發(fā)及應(yīng)用提供支持。本文的主要工作如下： 1、研究了振動(dòng)傳感器中的核

2、心元件Terfenol-D 在一定的偏置磁場下外壓應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，結(jié)果表明當(dāng)給Terfenol-D 棒施加軸向偏置磁場時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系。由此關(guān)系引出楊氏模量隨磁場的變化及ΔE 效應(yīng)，從磁性材料磁疇理論和磁導(dǎo)率入手，解釋了偏置磁場下應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。進(jìn)行了一定偏置磁場下外應(yīng)力和磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明偏置磁場為5kA/m 時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度最大。 2、在Jiles-Atherton 模型、電磁學(xué)原理和

3、換能器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，考慮交流驅(qū)動(dòng)電流和動(dòng)態(tài)應(yīng)力的變化，建立了外加交流磁場和動(dòng)態(tài)應(yīng)力共同作用下的超磁致伸縮換能器的動(dòng)態(tài)模型，利用該模型計(jì)算了描述動(dòng)態(tài)磁場和動(dòng)態(tài)應(yīng)力共同作用下的換能器輸出位移、輸出力和感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的變化規(guī)律。 3、當(dāng)給換能器施加的磁場為驅(qū)動(dòng)場，應(yīng)力為常應(yīng)力，換能器以致動(dòng)器模式工作，利用上述模型計(jì)算了超磁致伸縮致動(dòng)器的輸入電流和輸出應(yīng)變（或位移），并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較

4、好；當(dāng)外加應(yīng)力為動(dòng)態(tài)應(yīng)力，磁場為常量時(shí)，換能器以傳感器模式工作，上述模型可用于確定磁致伸縮傳感器的感應(yīng)電壓。 4、進(jìn)行了振動(dòng)傳感器的實(shí)驗(yàn)研究，確定傳感器感應(yīng)電壓峰-峰值和傳感器的驅(qū)動(dòng)條件及偏置條件（偏置磁場和預(yù)應(yīng)力）的關(guān)系，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果基本相符。采用平均法和五點(diǎn)三次平滑法對(duì)部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了平滑預(yù)處理，處理后采用傅立葉變換進(jìn)行數(shù)字帶通濾波，消除了白噪聲。 5、根據(jù)振動(dòng)傳感器的機(jī)電變換原理，結(jié)合