磁致伸缩力传感器输出特性及其影响因素分析

为揭示磁致伸缩力传感器的物理机制,研究了磁致伸缩传感器输出电压与核心元件磁特性的关系。基于磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应,使用片状Fe-Ga和Fe-Co合金设计一种新型的力传感器,根据霍尔效应原理和Jiles-Atherton模型推导了力传感器输出电压模型,通过传感器输出特性测试平台对传感器输出特性进行测试,实验结果表明在偏置磁场6kA/ｍ、 外力2N时,Fe-Ga合金力传感器的最大输出电压为112mV,Fe-Co合金力传感器最大输出电压为58mV,与输出电压模型具有较好的一致性,从物理机制层面上分析磁致伸缩力传感器输出电压的影响因素,确定力传感器的输出电压主要由偏置磁场、外力、以及传感器核心元件磁致伸缩(λ/ λｓ)和Ms/ λｓ1/ 2决定,并且传感器的输出电压与(λ/ λｓ2)１/2成正比,与(Ms/ λｓ１/2)成反比,揭示了磁致伸缩力传感器输出特性的物理机制。     

偏置磁场对Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器性能的影响

利用Fe-Ga合金应变大、驱动简单和磁机耦合系数高的优点制成的Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器是一种新型导波 检测装置,为提高传感器的换能效率,结合Fe-Ga合金材料的非线性本构关系,并且通过实验测量Fe-Ga合金材料的静态特性,初步得到了 Fe-Ga合金材料工作的最佳磁场强度范围,将Fe-Ga合金材料的非线性本构关系耦合到导波传感器中,建立了 Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器激励、传播、接收的模型。通过分析传感器永磁体的提离效应,得出最佳提离距离为2.5ｍｍ,通过对接收电压及应变的分析,得到了传感器的永磁体剩余磁场强度为 1.0Ｔ,选取非均匀分布的静态偏置磁场大小为1.0Ｔ,提离距离为2.5ｍｍ,仿真计算得到接收端的电压峰值为 0.15Ｖ。     

磁致伸缩位移传感器波导丝扭转超声波衰减特性研究

为研制大位移磁致伸缩位移传感器,对扭转超声波在波导丝中的衰减特性进行研究。由于波导丝材料的均一性受拉伸等加工环节的影响,材料的内部变化对检测信号的影响大于超声波在短距离传播的衰减变化。提出的检测方案将永磁体固定在波导丝正中间,去掉两端的阻尼,使得向两端传播的超声波受到同样的反射,通过检测两个回波的幅值来测量超声波衰减系数,可以滤除材料不均匀性产生的影响。搭建了磁致伸缩位移传感器实验平台,基于所提实验方法,测得频率为65 k Hz的扭转超声波在线径为0.5 mm且不受拉力作用下的Fe-Ga和Fe-Ni波导丝的衰减系数分别为1.34 d B/m和1.57 d B/m。实验还对比了不同线径Fe-Ga波导丝、不同扭转超声波频率和波导丝在不同拉力作用下的衰减系数变化,结果表明:衰减系数随波导丝线径的增大而增大;衰减系数与扭转超声波的频率呈正相关;衰减系数随波导丝两端拉力的增大先减小后趋于稳定。     

M7150平磨活塞杆处漏油的治理

较长一段时间内,发现M7150平磨的工作台油缸活塞杆处严重漏油,虽然调换了密封圈,漏油现象似无多大改善。后发现在活塞杆上有2～3条深0.05mm左右的纵向沟槽,原想更换活塞杆,又无现成的备件。漏油的主要原因,是沿纵向沟槽泄漏及活塞杆粘附的油液,因密封处压力不够在活塞杆运动时带出来的。因为M7150活塞杆处的密封圈,是一种唇形密封圈(附图),它的密封作用不仅是靠A处弹性压力密封,而且主要是靠B腔有压力油,使密封压力随油压增大而增大。原M7150的导套和活塞配合为D4/dc4,B腔不易迅速形成压力、张开及压紧唇部。为了消除活塞杆处漏油,采取了…     

粘结Sm-Dy-Fe合金的磁致伸缩性能研究

采用粘结法制备了Sm_(1-x)Dy_xFe_2合金样品,测量了粘结合金样品的静态磁致伸缩、动态磁致伸缩系数、增量磁导率和磁-机械耦合系数,研究了磁致伸缩性能等随磁场H的变化规律。发现当x<0.12时合金的低场磁致伸缩随x的增加而增加,高场磁致伸缩随x的增加而降低。棒状Sm_(0.88)Dy_(0.12)Fe_2合金在H=200kA/m时的磁致伸缩达405×10~(-6),磁-机械耦合系数和动态磁致伸缩系数分别达到0.34和1.28nm/A,因而粘结Sm_(0.88)Dy_(0.12)Fe_2合金具有一定的实用价值。     

巨磁致伸缩材料的磁致伸缩模型与计算

应用在应力作用下的磁致伸缩系数与磁化强度的关系，建立了磁致伸缩的计算模型，结合器件的实际结构，采用有限元方法，计算了磁致伸缩棒在应力作用下的磁致伸缩，计算结果与实验值符合，分析表明，采用该模型得到的计算结果能够较准确地反映材料在工作状态下的磁致伸缩。     

巨磁致伸缩材料磁机械耦合系数的测量

根据磁机械耦合系数的测量原理，利用锁相放大器建立了磁机械耦合系数测量系统，并应用该系统测量了巨磁致伸缩材料的磁机械耦合系数。测试结果表明，采用锁相放大器技术所测得的磁机械耦合系数是准确可靠的。     

Fe-Ga合金磁特性测试装置的设计与实验

设计了一种新型Fe-Ga合金磁特性测试装置。建立了该测试装置磁路部分三维有限元磁场分析模型,在该模型基础上通过调整结构和元件尺寸优化了磁路结构,并制作了样机。搭建了磁特性测试装置的实验平台,进行了Fe-Ga合金磁特性测试。实验结果表明,该装置可对Fe-Ga合金磁致伸缩棒材磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应进行静态、准静态和动态测量,测量结果与国外报道的结果一致。设计的磁特性测试装置具有稳定可靠、精度高、操作简单、自动记录等优点。该装置还适用于Fe-Ni、Fe-Co等饱和磁场低的磁致伸缩材料的磁特性测量。     

外应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响

超磁致伸缩材料Terfenol-D是一种新型的功能材料,以Terfenol-D为核心元件设计各种换能器时,磁场H和应力σ是必须考虑的因素.研究了一定偏置磁场下外加压应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响.首先测试了在一定的偏置磁场下外压应力和应变的关系,结果表明偏置磁场一定时,应变和应力之间的关系复杂,可用磁性材料技术磁化理论来解释.其次又测试了一定偏置磁场下的外加动态应力和磁感应强度的关系,测试结果表明一定的偏置磁场下,外加压应力增加,磁感应强度减小;偏置磁场为5kA/m时,磁感应强度达到最大值.该实验结果可以为基于Terfenol-D的换能器件的设计提供技术支持.     

应用于机械手的磁致伸缩触觉传感器阵列与物体识别

利用磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计制作了触觉传感单元,并将其集成为阵列,安装在二指机械手上.基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,建立触觉传感单元力测量模型.设计的传感单元测力范围为0～3N,当压力小于1.5N时,灵敏度为151mV/N,在1.5～3N区间,灵敏度约为109mV/N,测量较低...