超磁致伸缩执行器及其在微小流体泵中的应用

超磁致伸缩材料（GMM）是一种新型的功能材料，具有应变大，响应速度快，能量传输密度高和输出力大等优异性能；GMM执行器具有非接触式驱动，结构相对简单和易于微型化等特点。文章介绍了两种GMM执行器的基本结构和原理，并着重分析了基于这两种GMM执行器新型流体泵的结构组成，工作原理和性能特点。     

基于超磁致伸缩材料微小泵的磁场建模与分析

介绍了用超磁致伸缩材料(GMM)作为动力元件的微小泵的结构和工作原理。在建立微小泵轴对称磁场模型的基础上,利用有限元方法对其磁场进行了分析计算,得到了不同输入电流时,GMM棒上的磁场分布及磁场强度沿轴向的分布规律。磁场仿真结果为GMM微小泵磁场分布的预测及磁路结构优化提供了理论依据。     

温度自动补偿超磁致伸缩材料布拉格光栅光纤电流传感器

基于超磁致伸缩材料,提出了一种传感光纤光栅(S-FBG)和参考光纤光栅(A-FBG)相结合的温度自动补偿全光纤交流电流传感器。此传感器将传感光纤光栅和参考光纤光栅级联呈"十字形"后粘贴在超磁致伸缩材料上,然后将其置于聚磁回路狭缝内;同时控制传感光纤光栅的径向与磁场方向相同,而参考光纤光栅的径向与磁场方向相反。最后,将S-FBG的中心波长置于A-FBG反射谱的边带上,通过检测两光纤光栅级联反射光强的变化实现了电流测量及温度自动补偿。选用3dB谱宽分别为0.23nm和0.08nm的A-FBG和S-FBG进行了实验测试,结果表明:有效安匝电流为1.0~138.2A时,该传感器可实现线性测量,线性度为0.996 3,测量灵敏度为16.0 mV/A,最小可测有效安匝电流为1.0A。     

Jiles-Atherton模型的超磁致 伸缩驱动器磁滞补偿控制

研究了磁滞补偿控制的方法,建立了基于Jiles-Atherton模型的磁滞补偿控制系统。介绍了Jiles-Atherton磁滞模型的主要思想及其主要参数,对该模型反向运动时磁化强度变化与磁场强度变化的对应关系进行了分析,并在此基础上,提出了利用磁滞环的宽度,通过重新给定反向起始点的迭代初值,实现磁滞补偿的方法。实验结果表明:对于阶跃响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且达到稳态时间比不进行磁滞补偿时缩短12 ms;对于正弦响应,采用磁滞补偿时没有延迟,且均方误差比不进行磁滞补偿时提高了0.19 μm,能有效消除磁滞的影响,提高定位精度。     

超磁致伸缩驱动器建模及其迟滞补偿

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。     

超磁致伸缩驱动器的热致输出及其抑制方法

分析了超磁致伸缩驱动器的热特性,提出了采用相变材料控制超磁致伸缩棒温升的抑制方法。在对各种热致输出抑制方法进行对比分析的基础上,提出组合温控的设想。试验结果表明组合温控能将超磁致伸缩棒的温度控制在45±0．5℃,超磁致伸缩驱动器相应的输出精度达到0．5μm。     

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。     

基于磁致伸缩逆效应的超磁致伸缩力传感器

磁致伸缩逆效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要应用特性,应用磁致伸缩逆效应可以制作超磁致伸缩力传感器。但由于缺乏相应的设计理论分析,从而制约了其发展。在分析了磁致伸缩逆效应的基础上,给出了超磁致伸缩力传感器的设计原理,设计了超磁致伸缩力传感器的结构,并采用数值计算方法对其磁场进行了计算。计算结果与实验结果的比较表明:二者符合较好,设计的超磁致伸缩力传感器方案是可行的,对其今后进行深入应用研究和优化设计具有重要意义。     

超磁致伸缩驱动器热输出的抑制与补偿方法

超磁致伸缩驱动器具有输出应变大、响应速度快、低频特性好等特点。已经应用于机床的整体和部件的振动控制实验研究。超磁致伸缩材料的热变形严重影响驱动器的输出精度。文章提出了四种抑制或补偿超磁致伸缩驱动器热位移的方法。     

超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析

提出了一种面向固液混合作动器的新型超磁致伸缩泵结构。对超磁致伸缩泵驱动磁路进行了数学建模,采用有限元法对其磁场分布进行了数值模拟,并与理论计算结果进行对比,发现超磁致伸缩棒上磁感应强度的理论计算值与仿真结果基本吻合。采用磁场有限元法分析了超磁致伸缩棒的轴向磁场与径向磁场均匀性,发现径向磁场均匀性明显高于轴向;针对不同长度的棒进行了轴向磁场均匀性分析,揭示了其影响与作用规律;在此基础上对驱动磁场进行了动态数值模拟,发现在输入电压恒定时超磁致伸缩棒内的磁感应强度随着输入信号频率的提高而衰减,实验与仿真结果的对比验证了仿真的正确性。     

新型超磁致球电机的研究

根据超磁致材料的磁一机能量耦合转换机理，用有限元耦合迭代方法，设计了超磁致材料微致动器，在此基础上，利用超磁致材料微致动器的组合构型，研制了一种新型超磁致球电机样机。这种球电机通过简单的运动部件产生二维运动，并对原型样机进行了试验测试，验证了新型超磁致球电机的驱动特性。通过新型超磁致球电机样机研制与试验验证，说明超磁致材料致动器组合构型的超磁致球电机，是开发球电机的一种有效方法。     

超磁致伸缩材料在电液伺服阀中的应用现状

超磁致伸缩材料是一种具有响应速度快、磁致伸缩应变大、能量密度高等优良特性的新型功能材料,针对其研究和应用已经成为当前热点。基于现代工业对高性能电液伺服阀的需求,描述了该材料的磁致伸缩效应,并对其基本性能及物理效应作了阐述,同时通过对比压电陶瓷、形状记忆合金的性能参数,分析了超磁致伸缩材料的性能优势。最后着重介绍了该材料在喷嘴挡板阀、射流管阀及直接驱动式电液伺服阀当中的应用现状,并基于此现状对研制高性能的超磁致伸缩电液伺服阀关键技术进行了展望。     

基于超磁致伸缩材料微位移驱动器的原理及实验研究

文章分析了超磁致伸缩材料的特性和驱动原理,在此基础上自行研制了超磁致伸缩微位移驱动器,并设计了测控系统。经实验获得该驱动器偏置电流、预压力和静态位移输出等性能参数,结果表明驱动器性能达到精密定位控制的要求,为研制精密加工部件奠定基础。     

超磁致伸缩驱动器磁路设计与仿真

磁路主要为GMA提供激励磁场与偏置磁场叠加的驱动磁场,驱动磁场强度直接影响GMA的输出位移.因此,GMA磁路的结构参数设计是提高电磁转换效率和充分发挥GMM棒特性的关键因素.通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀率作为评价标准和主要设计原则.在给定输出位移和输出力的基础上,分别对偏置磁场选取以及GM...     

超磁致伸缩执行器线性驱动电源的设计

针对当前超磁致伸缩执行器驱动电源效率不高问题,采用连续调整型恒流源的原理,并选用功率MOSFET作为功率放大元件,研制出具有“轨-轨”输出特性的线性电流源型GMA驱动电源。实际测试的结果表明,其性能良好,可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。     

基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器特性研究

具有立方莱夫斯相结构的Ｒｆｅ２雁化合物ＴｂｘＤｙ（１－ｘ）Ｆｅ２,在室温环境下具有极大的磁致伸缩量,应用这种材料研制的微位移驱动器,具有大位移高分辨率及大输出力等特点。从驱动器使用角度出发,对这种材料的原理及特性进行了阐述,同时分析了超微致伸缩驱动器的结构及特性。设计并研制了超磁致伸缩微位移驱动器,通过实验分析,驱动器的位移分辨率达０．５ｎｍ,行程范围４０μｍ,在精密及超精密加工领域有着广阔的应用     

超磁致伸缩材料在流体控制阀中的应用与展望

超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大，响应速度快，输出力大和能量传输密度高等优异性能，因此在流体控制阀中获得了广泛的应用，文章详细介绍了国内外在这方面的应用研究现状并对未来的应用前景做了展望。     

超磁致伸缩材料驱动微型马达的原理与应用

从结构和性能上阐述了超磁致伸缩微型马达的原理及其在微机电系统中的应用状况。通过对国内外几种典型超磁致伸缩马达的原理性剖析，分析探讨了超磁致伸缩马达微型化、集成化以及高频振动等问题的解决途径与方法，为超磁致伸缩微型马达的进一步发展提供了的理论基础和研究方向。     

大行程精密定位超磁致伸缩驱动器的设计与控制

实现一种新型的固态智能材料驱动大行程精密驱动器的设计和控制。基于超磁致伸缩驱动原理和柔性铰链放大机构,采用非永磁和永磁偏置驱动器粗—精驱动组合设计,研制大行程精密超磁致伸缩组合驱动器。建立永磁偏置下的电磁、永磁复合磁场激励的驱动器位移控制系统传递函数模型,实现了粗、精分级精密定位控制方法。实现一套超磁致伸缩组合驱动器原型样机,并进行了精密定位驱动试验验证测试。试验结果证明系统模型的准确性和控制方法的有效性,样机驱动行程可达0.71 mm。并测得在温升负效应情况下,控制行程在0.6 mm范围内,所设计超磁致伸缩组合驱动器位移分辨率为±30 nm,驱动位移精度达±90 nm。研究成果可广泛用于基于固态智能材料驱动的大行程精密驱动装置的设计和实现。     

稀土超磁致伸缩材料高速强力微位移机构的开发及动态响应特性研究

研究了稀土超磁致伸缩材料 (Tb0 .2 7Dy0 .73) Fe1 .9(商品名为 Terfenol- D)微位移机构的设计方法 ;建立了基于 Terfenol- D棒的高速强力电磁阀的动态响应特性模型 ,这一模型对基于 Terfenol- D的产品设计具有重要的参考价值 ,并用计算机对这一模型进行了仿真 ,与实验结果进行了比较、分析。