磁场加载方式对磁电器件磁电效应影响的研究

将磁致伸缩材料(Terfenol-D)和压电材料(PZT-8)复合,利用谐振原理构造了一种磁电器件.当激励磁场的频率等于或者接近于Terfenol-D的固有频率时,Terfenol-D将驱动PZT-8振动并发生共振,压电材料的输出电压将达到极大.在不同的偏置磁场和交变磁场的加载方式下,研究了谐振状态下的磁电层合器件在强、弱偏置磁场强度下的磁电特性,研究表明,当偏置磁场和交变磁场分别沿长度和宽度方向施加时,相比在弱磁场下,强磁场下磁电层合器件的磁电电压系数分别提高了43.3%和近2倍.     

偏置优化对Terfenol-D致动器性能的影响

从分析Terfenol-D材料的磁致伸缩机理出发,引申出预应力和偏置磁场是影响超磁致伸缩致动器性能的重要因素.零偏置磁场驱动下不同预应力对致动器位移输出影响的实验和零预应力下两种偏置磁场对致动器输出性能的比较实验,验证了合理选择预应力和偏置磁场可有效地改善致动器性能的论点.预应力和磁偏置的实验矩阵确定了不同预应力对应的优化偏置磁场,实际设计中需根据致动器要求确定优化的偏置条件.     

基于磁场传感器的磁电层状复合材料逆磁电效应研究

运用等效电路法对LT型磁致伸缩/压电多层磁电复合材料的逆磁电系数进行了理论推导,得到了其逆磁电系数方程.该方程显示逆磁电系数取决于磁致伸缩层与压电层的性能参数和其体积比.以三层磁电复合材料为例进行计算,理论结果与实验结果吻合较好,且计算结果发现当压电层体积份数n为0.64时,逆磁电系数最大值为199mG/V.研究结果为磁电层状复合材料在电-机-磁耦合方面的应用提供了理论依据,有助于优化以层状磁电复合材料为核心的磁场传感器的结构.     

基于磁场传感器的层状磁电复合材料动态特性的有限元模型研究

依据Hamilton变分原理,运用有限元方法建立了用于磁场传感器的核心元件—磁电复合材料动态特性的有限元模型。应用所建立的模型求解了LT型Terfenol-D/PZT/Terfenol-D三层磁电复合材料的输出特性,并与实验结果进行对比分析。结果发现当静态偏置磁场为22.1 kA/m,正弦交流驱动磁场为7.4 kA/m、频率100 Hz时,计算结果和实验结果误差为0.9%。表明该模型适用于磁电复合材料输出特性为线性变化的区域。     

磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性

研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性,提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号,从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器,采用双永磁体回形磁路优化了压力传感器的磁场。对传感器进行了理论分析与实验研究,讨论了偏置条件、外压力等因素对输出电压峰值的影响。实验结果表明,在偏置磁场为4.8kA/m、施加的压力为2.5Hz、6N时,传感器的输出电压峰值达16mV,且输出电压峰值与压力呈较好的线性关系。研制的传感器具有结构简单、线性度好、反应速度快等特点,可以满足机器人触觉感知的需求,也可应用于其他领域的压力测量。     

偏置磁场对磁致伸缩液位传感器检测电压的影响

为了提高磁致伸缩液位传感器的检测精度,研究了磁致伸缩液位传感器中产生偏置磁场的浮子磁铁的放置方式及其对检测电压的影响。利用ANSYS软件对浮子磁铁不同放置方式下形成的偏置磁场进行了有限元分析,分析显示:采用3块磁铁互成120°N极N极S极(NNS)放置或者采用圆环磁铁作为偏置磁场时检测效果比较理想。实验研究了磁致伸缩液位传感器的偏置磁场对检测电压的影响,并在浮子磁铁不同放置方式下进行多次实验。结果表明:偏置磁铁为3块磁铁互成120°NNS放置时或者为圆环磁铁时,检测电压的幅值达到50mV,比其它放置方式提高了近30mV。研究表明:磁致伸缩液位传感器应选择3块磁铁NNS放置或者选择圆环磁铁作为偏置磁场。     

磁特性测试系统的优化与两种磁性材料的对比

设计了一种磁特性测试系统,研究了两种磁致伸缩材料(Galfenol、Terfenol-D)的磁特性。采用有限元方法对测试系统中的磁路进行了优化设计,优化后材料内部磁感应强度提高了33.4%,同时克服了材料内部磁化方向在局部发生交变的现象。为研究偏置应力对于材料特性的影响,设计了一种偏置应力连续可调的磁特性测试装置,通过实验得到不同偏置应力下两种磁致伸缩材料磁化强度、磁致伸缩应变与外加磁场以及偏置应力之间的关系。通过对比分析发现,两种材料磁特性存在较大的差异。Terfenol-D较Galfenol驱动能力更强,但是其磁滞非线性比Galfenol更加明显。     

磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。     

用于机械手稳定抓取的磁致伸缩触觉传感器设计与研究

针对智能机械手抓取物体时的滑动问题,为了给机械手提供滑动信号,利用铁镓合金(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计了一种高灵敏度的磁致伸缩触觉传感器。根据逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁结构力学原理和胡克定理,建立了触觉传感器的摩擦力测试模型,利用该传感器进行了滑动检测,对采集的滑动信号作了离散小波变换,分析了不同抓取力下滑动信号的DWT细节系数,通过设置阈值为0.05来控制机械手抓取物体。实验结果表明:在偏置磁场为4.2 kA/m,施加的摩擦力为4 N时,传感器输出电压峰值为256 mV,灵敏度达到64 mV/N,将传感器安装在机械手上,可以为机械手提供稳定抓取的控制信号。     

磁致伸缩位移传感器检测信号分析

实验研究了磁致伸缩位移传感器的探测电压信号,以便提高磁致伸缩位移传感器的检测精度。分析和验证了波导丝材料、驱动脉冲电流、检测线圈等参数对磁致伸缩位移传感器输出电压的影响规律。对检测线圈进行了优化设计,基于实验数据确定了传感器的各项参数值。实验发现磁致伸缩系数大、魏德曼效应显著的Fe-Ga材料作为波导丝,可明显提高电-磁-机械能的转换效率,获得较大的检测电压信号。研制了新型Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器样机,并与Fe-Ni波导丝传感器进行了性能对比。结果表明,与Fe-Ni波导丝相比,Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器的检测信号明显增强,信噪比显著提高,其检测电压信号幅值比Fe-Ni波导丝检测电压信号幅值提高了40mV,相应的传感器精度提高了2倍。     

Terfenol-D磁致伸缩微小驱动器磁路设计

提高磁致伸缩驱动器驱动效率的关键环节是建立优化的驱动器磁路。本文基于准静态条件下线性磁致伸缩理论,得出磁致应变S与磁致伸缩材料内部磁场强度B的关系;并根据对无永磁磁偏磁路的分析进一步得出磁致应变S与磁路磁阻R和漏磁磁阻R1的对应关系。应用有限元方法对3种典型磁路结构的磁化效果进行对比分析,验证磁路结构的变化——即磁阻R和漏磁磁阻R1的相应改变对磁致伸缩材料磁化程度的不同影响,进而得出微小驱动器磁路壳体适宜壁厚为2mm,导磁材料的磁导率为2000μ0。根据此结果和磁路设计的2个遵循原则,对一7mm×20mmTerfenolD棒驱动的驱动器进行了磁路设计,应用ANSYS验证了该结构设计的合理性,并试制了驱动器样机。     

叠层复合磁致伸缩材料驱动器的输出位移特性

采用树脂粘结法制备了叠层复合Terfenol-D棒状材料,并使Terfenol-D层的叠片方向垂直于Terfenol-D的<112>轴向.研究了基于此材料的驱动器的输出位移特性,同时还研究了驱动器的涡流损耗.研究结果表明:当驱动磁场频率为2 500～3 000 Hz时,驱动器输出位移最大峰-峰值达到最大25.0～26.0 μm,同时输出位移波形随频率也有明显变化;直流偏置磁场对输出位移的影响规律随工作频率不同而不同;基于叠层复合Terfenol-D的驱动器的涡流损耗较基于块状Terfenol-D的驱动器的涡流损耗大大降低.     

Terfenol-D棒内部应力应变场分布的有限元分析

在建立超磁致伸缩换能器轴对称模型的基础上，对在磁-机耦合场作用下Terfenol—D棒的径向应力、应变进行有限元分析，为超磁致伸缩换能器的深入研究提供了依据。     

Terfenol-D磁致伸缩换能器驱动热声制冷系统的实验研究

基于热声效应的原理设计了应用(Terfenol-D)磁致伸缩换能器驱动的热声制冷实验系统,实验结果表明:以空气为工质,在很短的工作时间内,制冷机取得了明显的温降.     

磁致伸缩材料在高频驱动时内部磁场强度的分布及其对磁致伸缩性能的影响

分析了磁致伸缩材料Terfenol—D在高频工作时内部的磁场强度分布,展示了磁致伸缩材料内部磁场沿径向的变化,指出了磁致伸缩材料在高频应用时存在的问题和解决途径,为合理高效应用磁致伸缩材料提供了理论指导。同时提供一种计算表面磁场强度的思路。     

Electron and light microscopy studies on the domain structures of Zn3B7O13Cl, Zn3B7O13Br and Zn3B7O13I ferroic boracites

The domain structures of Zn₃B₇O₁₃Cl, Zn₃B₇O₁₃Br and Zn₃B₇O₁₃I boracite single crystals were studied by means of polarized light in conjunction with electron microscopy. Single crystals of the three compositions were grown by chemical transport reactions in closed quartz ampoules, at a temperature of 900 °C and were examined by polarizing optical microscopy (PLM), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). For both PLM and SEM, the same as‐grown samples were used without having to resort to metallization of the crystal faces. For TEM the single crystals were crushed and mounted on holey carbon films. Comparative electron microscope images were useful for revealing the domain structure of these ferroelectric/ferroelastic materials previously observed between the crossed polars of an optical microscope. X‐ray diffraction analysis of the pulverized crystals was performed for this triad of halogen boracites containing zinc as a common metal.     

Cylindrical specimens for KIC of rocks

Stress intensity factors for pairs of diametrically opposite radial cracks on the inside of a jacketed pressurized hole in a thick cylinder have been calculated by using finite element technique. Burst tests on thick cylinder rock samples under above conditions have been performed and the K_IC values for Antrim Shale and Limestone determined. The method is very convenient for rocks whose samples are often available in form of cylindrical bars drawn as cores from underground drilling.     

GT/CAD/CAPP/PDM/ERP系统集成研究

研究ETO生产方式下以成组技术为基础的CAD/CAPP/PDM/ERP的集成方法,包括面向CAD/CAPP/PDM/ERP的集成的成组信息编码,基于成组编码的CAD/PDM集成、CAPP/PDM集成和PDM/ERP集成.提出了基于成组技术的CAD/CAPP/PDM/ERP集成框架,研究了贯穿于CAD、CAPP、PDM与ERP系统的统一的成组编码方案和信息编码方案.     

基于太赫兹光谱的人参和西洋参鉴别

为了快速区分人参和西洋参,依据两者所含的人参皂苷在太赫兹波段具有不同指纹光谱,提出了一种基于人参皂苷的太赫兹光谱鉴别人参和西洋参的方法。采用MATLAB软件识别人参和西洋参的太赫兹光谱,同时根据太赫兹光谱特征并通过标准的主成分分析(PCA)区分出人参、西洋参。实验结果表明,基于太赫兹光谱的主成分分析可精确区分出人参、西洋参,并且还可以应用于其他类似物质的区分中。