超磁致伸缩驱动器设计方法的研究

在分析超磁致伸缩材料(GMM)工作特性、超磁致伸缩驱动器(GMA)基本结构与工作原理的基础上,给出了机电磁设计参数的确定准则和数学模型,提出了超磁致伸缩驱动器的一般设计理论与方法.在该方法指导下设计实现的超磁致伸缩驱动器最大输出位移达36 μm,定位精度为0.1 μm,性能达到设计要求.试验结果验证了该方法的可操作性和有效性.     

磁致伸缩驱动器的结构设计与输出特性研究

基于Fe-Ga磁致伸缩材料,设计了一种新型结构的磁致伸缩驱动器.基于材料的磁化模型,应用有限元软件和模态分析技术研究了驱动器的输出特性.研究发现,当对驱动器的2个驱动线圈通入反向电流时,驱动器在径向的谐振频率为1 000 Hz,在谐振频率处的径向输出位移为52 m,轴向输出位移为1.7 m.对磁致伸缩驱动器的2个驱动线圈施加同向电流时,驱动器在轴向的谐振频率为7 808 Hz,在谐振频率处的轴向输出位移为14 m.通过实验研究了磁致伸缩驱动器的输出特性,结果表明实验与仿真计算结果基本一致,证明研制的驱动器具有实用价值.     

Terfenol-D磁致伸缩形变测试及应用研究

基于准静态条件下线性磁致伸缩理论 ,对 7mm× 2 0 mm的 Terfenol- D试样 ,在其轴向施加 0、0 .0 4 5、0 .1 5 6、0 .662、6.9MPa压应力和 0～ 3A直流电磁激励条件下的磁致伸缩形变特性进行了测试 ,测得试样的最大轴向形变量可分别达到 4.98μm、7.94μm、8.64μm、1 4.74μm和1 9.7μm。实验结果表明 :磁致应变量随压应力载荷增加而明显放大 ;磁致应变输出效率随压应力载荷的不同而发生变化 ,并具有优选励磁范围。该结果为进一步的在驱动器设计时选定预压应力载荷和确定励磁电流强度范围提供了实验依据。文中对已试制出的基于试样的驱动器样机作了简介。     

基于超磁致伸缩材料的采油振动器研究

为了解决石油开采过程中产量低及开采成本高的难题,提出了以超磁致伸缩振动器作用油层提高原油产量的新方法.基于残余原油Bingham体的流动模型,分析了在原油流动过程中利用振动解堵的工作原理,给出了谐振频率和声强确定的依据及其计算方法.设计了由驱动器和声辐射器等组成的井下振动采油系统,建立了振动器的动力学模型,并进行了驱动电流与驱动器输出力大小之间关系的实验研究.实验表明,以超磁致伸缩材料为核心驱动元件的驱动器,能够为声辐射器提供足够大的动力,其最大输出力受到励磁电流、输出位移和预压应力等影响.     

磁致伸缩微定位平台的设计及特性分析

针对现有微定位平台输出位移小和输出力不足的问题,设计了一种磁致伸缩微定位平台。依据磁致伸缩微定位原理设计了微定位平台的结构,并创建了磁致伸缩微定位平台的动态位移输出模型,通过微定位平台的动态位移输出模型建立了微定位平台的数学模型并计算得出定位平台的位移量;利用有限元仿真软件建立了磁致伸缩微定位平台三维仿真模型,由仿真结果得出磁致伸缩微定位平台的仿真位移量;最后通过实验测量磁致伸缩微定位平台的位移,验证磁致伸缩微定位平台的工作性能。实验测得的结果和仿真计算的结果进行对比可知磁致伸缩微定位平台实际位移量为64μm,计算位移量为60μm,仿真位移量为67μm,三者对比分析,磁致伸缩微定位平台的测量误差较小,精度较高,有一定的应用研究价值。     

超磁致功能器件的应用现状和发展研究

介绍了超磁致伸缩材料的基本特性,综述了超磁致功能器件的种类和应用领域,论述了超磁致功能驱动器和传感器的工作原理和应用,并对超磁致伸缩功能器件的未来发展进行了研究.     

基于轴向非均匀磁场的GMA磁滞主动抑制研究

项目以稀土超磁致伸缩致动器（GMA）为对象，针对其磁滞非线性展开研究。稀土超磁致伸缩微驱动器（GMA）输出位移具有很强的磁滞非线性，严重影响了GMA系统的控制精度。抑制或减弱其磁滞误差是GMA研究取得突破的关键。     

超磁致伸缩驱动器工作温升抑制的有限元分析

超磁致伸缩驱动器在工作时,温度的升高对超磁致伸缩棒的输出特性有较大影响.在分析温升对GMA输出精度影响的基础上,针对大功率、长时间工作的使用场合,引入了有限元分析方法对GMA进行热分析.分别设计了两组GMA,其中一组具有强制水冷温控系统,另一组无温控制装置.通过热分析得到了两组GMA在电流为4 A时的温度场分布,从而可用于指导热设计.     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.     

基于超磁致伸缩材料和光纤光栅的交流电流测量

利用光纤光栅、超磁致伸缩材料和基于Fabry-Perot滤波器的解调系统实现了交流电流的测量.在介绍超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应、光纤光栅检测电流原理的基础上,借助超磁致伸缩材料和光纤光栅等构建了电流测量单元.在施加0-5 A(50 Hz)范围的激励电流时,利用设计的电流测量单元,经基于Fabry-Perot滤波器的解调系统解调,验证了采用该方案检测电流的可行性.     

磁场调谐的啁啾光纤光栅延迟线

利用Tb0.3Dy0.7Fe1.95的磁致伸缩特性调谐线性啁啾光纤光栅延迟线,将中心反射波长1550nm,啁啾系数2.58nm/cm,长度60mm,3dB带宽15.48nm的线性啁啾光纤光栅两端牢固地粘在长度为70mm、直径为8mm的磁致伸缩棒上,并置于一个均匀线圈磁场中,当线圈电流从0A增加到2A时,粘在磁致伸缩棒上的线性啁啾光纤光栅受到轴向应变,反射谱向长波长方向平移了1.6nm,实现最大60ps的时延调谐量,这种装置可以使阵元间隔为0.006m的四阵元光控相控阵雷达系统工作在25GHz时,实现0°～90°的扫描。     

超磁致伸缩致动器结构设计与静态特性实验

对超磁致伸缩致动器的结构如驱动磁场、偏置磁场、预压结构、水冷机构等进行设计,利用致动器加工实物,完成致动器的静态特性实验,获得不同预压力和驱动磁场强度下的致动器输出位移曲线,并得到了最优参数。     

蠕动式精密直线驱动器

基于蠕动原理和误差补偿技术,用压电陶瓷作为动力源设计了一种精密直线驱动器。建立了驱动器的动力学模型,并制作了样机。试验表明:在计算机闭环控制下,该驱动器能够可靠地实现双向运动。在行程为1mm时,定位精度达到±0.01μm;有效驱动力为20N。     

超磁致微致动器能量耦合转换有限元分析

根据超磁致材料（giant magnetostrictive material，GMM）磁 机耦合能量转换的本构关系，采用有限元（FEM）耦合迭代方法，设计了超磁致微致动器，研究了超磁致介质的力学特性（应力、应变）与磁学特性（磁场强度、磁感应）.对算法的考察分析表明，不同类型负载下FEM耦合迭代算法均具有良好的收敛性能.将FEM耦合迭代计算的理论结果与实验结果作了比较，两者比较吻合.对不同预压力下器件的响应特性进行了分析，结果表明，在6 MPa预压力下，致动器具有较好的线性和较大的应变量，二者取得较好的折中.     

超磁致伸缩作动器磁路优化设计

为改善磁路环境,提高超磁致伸缩材料(GMM)的工作性能,在分析超磁致伸缩作动器(GMA)工作原理及GMM特性的基础上提出以减小磁漏、增大磁场强度和提高磁场强度均匀性为设计原则,将GMM棒中轴线上的磁场强度作为评价标准.基于ansoft maxwell对磁路进行电磁学有限元分析,得出磁路中的关键部件导磁端盖和导磁片的结构参数对磁场强度大小和均匀性的影响规律,结合高斯磁通理论分析产生这种现象的原因,在此基础上对结构参数进行设计优化.实验结果显示结构参数优化后GMM棒中轴线上的最大磁场强由55.4 k A/m增大到70.35 k A/m,增幅为26.98%,磁场均匀率由44.22%增大到99.5%.研究表明:导磁端盖主要用来减小磁漏、提高磁场强度且过大或过小的直径和厚度都将会导致漏磁增多,U型导磁片主要用来改善磁路环境、提高磁场强度的均匀性.     

变正压力式压电双晶片惯性直线驱动器

提出了以压电双晶片作为动力元件、通过控制移动机构和支撑面之间的正压力、利用摩擦力变化实现定向运动的新型惯性直线驱动器。分析了驱动器的工作原理,利用有限元分析软件对压电双晶片振子进行了模态分析,得到其动态特性。研制了惯性直线驱动器的样机并进行了性能测试,试验结果表明:该机构能够实现直线往复运动,频率为10 Hz时,最小稳定运动步长为0.7μm,最大移动速度为1.2 mm/s,最大承载能力为150 g。     

磁致伸缩作动器连续模型辨识

提出了一种采样数据中存在高频有色噪声的连续模型辨识方法,并将其应用到磁致伸缩作动器的连续模型辨识中。该方法通过引入积分运算,将连续时间系统的微分方程转换为积分方程,从而使噪声的影响可以忽略,直接利用传统的最小二乘法估计出连续时间模型。仿真实例验证了该方法的有效性和可行性,辨识的磁致伸缩作动器具有较高的可信度。     

超磁致伸缩致动器控制系统的建模与仿真

结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，对磁致伸缩致动器控制系统进行了仿真，设计了PID调节器，并在此基础上进行了离散化，得到了数字控制系统，为磁致伸缩致动器控制系统的硬件选型和硬软件设计提供前提条件。