超磁致伸縮振動傳感器的模型與實驗研究.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傳感器?；谀娲胖律炜s效應(yīng)的振動傳感技術(shù)，很有可能開發(fā)出新一代的振動傳感器，它可廣泛應(yīng)用于振動測試和主動振動控制領(lǐng)域，促進振動測試與振動控制技術(shù)的發(fā)展。本文選擇了“超磁致伸縮振動傳感器的模型與實驗研究”這一既具有科學(xué)價值又具有工程實際意義的課題，以期對超磁致伸縮振動傳感器的開發(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，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。進行了一定偏置磁場下外應(yīng)力和磁感應(yīng)強度的實驗研究，實驗結(jié)果表明偏置磁場為5kA/m 時，磁感應(yīng)強度最大。 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)動力學(xué)原理的基礎(chǔ)上，考慮交流驅(qū)動電流和動態(tài)應(yīng)力的變化，建立了外加交流磁場和動態(tài)應(yīng)力共同作用下的超磁致伸縮換能器的動態(tài)模型，利用該模型計算了描述動態(tài)磁場和動態(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)動場，應(yīng)力為常應(yīng)力，換能器以致動器模式工作，利用上述模型計算了超磁致伸縮致動器的輸入電流和輸出應(yīng)變（或位移），并進行了實驗測試，計算結(jié)果和實驗結(jié)果符合較

4、好；當(dāng)外加應(yīng)力為動態(tài)應(yīng)力，磁場為常量時，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、進行了振動傳感器的實驗研究，確定傳感器感應(yīng)電壓峰-峰值和傳感器的驅(qū)動條件及偏置條件（偏置磁場和預(yù)應(yīng)力）的關(guān)系，并把實驗結(jié)果和理論計算值進行了對比，結(jié)果基本相符。采用平均法和五點三次平滑法對部分實驗數(shù)據(jù)進行了平滑預(yù)處理，處理后采用傅立葉變換進行數(shù)字帶通濾波，消除了白噪聲。 5、根據(jù)振動傳感器的機電變換原理，結(jié)合