超磁致伸缩材料力传感执行器关键技术研究

超磁致伸缩材料以其大磁致伸缩系数、高机电耦合系数、快速响应能力、易于驱动等特点而备受关注。该材料具有强磁致伸缩正效应和磁致伸缩逆效应，在工作过程中表现出双向能量转换特性。利用磁致伸缩正效应可制作驱动装置，利用磁致伸缩逆效应可制作传感器。当超磁致伸缩材料工作在机械约束条件下，磁致伸缩正效应和逆效应会发生耦合。如果研究磁致伸缩正逆效应耦合特性，可利用正逆耦合效应开发兼具执行和传感功能的磁致伸缩器件。开发单体微位移驱动设备使之兼具执行和传感等多种用途，是微位移驱动领域理论研究与工程应用的趋势所在；并且，在精密、超精密加工领域，例如精密机械抛光加工中的压力控制，需要一种具有恒定输出力或输出力可控的驱动机构。因此，利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆效应，开发具有力测量、输出力感知、输出力可控功能的微位移执行器具有一定的应用前景。但是，目前的研究主要集中在超磁致伸缩材料的单一磁致伸缩正效应特性或逆效应特性、和以单一效应作用为基础研发各种执行器或传感器。关于磁致伸缩正逆效应耦合特性及输出力可控原理的研究偏少，利用正逆耦合效应开发的集驱动、力测量、输出力感知、输出力可控等多种功能于一体的磁致伸缩器件未见报道。本论文在研究超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆效应耦合特性的基础上，研制了带有力传感和输出力可控功能的超磁致伸缩力传感执行器，其除了具有输出位移和力的基本执行功能外，还具有力测量、输出力感知和输出力可控的功能。具体研究工作包括以下几点：