磁伸缩洁牙机与压电陶瓷洁牙机的比较

目的通过对磁伸缩洁牙机(邦沃牙周根管治疗仪)与压电陶瓷洁牙机(啄木鸟)的比较,为洁牙机的临床应用提供参考。方法 1将因牙周炎拔除的离体牙64颗,分为实验组和对照组各32颗。实验组用磁伸缩洁牙机,对照组用压电陶瓷洁牙机,分别进行洁治,并用秒表计时器计算清洁干净所用时间;2随机抽取实验组和对照组洁治完成的立离体牙各一颗进行电子显微镜扫描;3随机抽取在该科就诊的牙周病患者,分为实验组和对照组,每组32名,治疗组用磁伸缩洁牙机洁治,对照组用压电陶瓷洁牙机洁治,并用秒表计时器计算所用时间,同时问卷调查,了解病人术中及术后一周的牙本质敏感状况。结果 1离体牙,实验组32颗用时88 min11 s;对照组32颗用时112 min48 s;2实验组离体牙表面光洁度优于对照组;3临床洁治实验组平均用时57 min.对照组平均用时87 min。术中及术后一周自觉酸痛症状者实验组少于对照组。结论磁伸缩洁牙机洁治效率、舒适度和牙面的光洁度均优于压电陶瓷洁牙机。

浅析磁伸缩式超声波洁牙机常见故障分析与维修

以磁伸缩式的工作手柄作为换能转换器的洁牙机是磁伸缩式超声波洁牙机,其工作时在工作头尖端产生大于20kHz频率的超声波振动。当牙齿表面接触工作头尖端时,即可清除牙齿牙结石。此外它可以更有效地抑制牙齿内厌氧菌,是因为超声波能产生氧化反应,产生的纯净氧有抑菌效果,对牙周病控制更有力,因此磁伸缩式洁牙机得到广泛应用。磁伸缩式洁牙机包含四个主要部件,使用频率高导致故障时有发生,本文对常见故障进行分析,并给出维修建议,减少了返厂维修时间,提高机器使用率,延长使用寿命。

基于Matlab的超磁致伸缩骨传导振子设计平台研发

针对声学领域中利用稀土超磁致伸缩材料(GMM)设计的微型骨传导振子结构设计计算复杂的问题,提出设计一款稀土超磁致伸缩骨传导振子的结构设计平台。在稀土超磁致伸缩换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的数据处理能力和GUI图形用户界面功能搭建了骨传导振子的设计平台。该平台可以对骨传导振子内部的GMM棒、激励线圈、预压力机构等部件进行设计计算,还可对骨传导振子的性能指标进行检验。该平台操作简单,可根据设计要求进行改变参数,有效地提高了设计效率。

超磁致伸缩致动器非线性动力学的分数阶时滞反馈控制

设计了一种分数阶时滞反馈控制器,用于控制单自由度的超磁致伸缩致动器(GMA)的非线性动态响应。考虑到预压碟形弹簧机构引入的几何非线性因素影响,建立了GMA系统的非线性数学模型。利用平均法求解系统在含分数阶时滞反馈控制策略下主共振的幅频响应方程,根据Routh-Hurwitz准则得到系统的稳定性条件。通过数值模拟研究GMA系统中关键结构参数对幅频响应特性的影响,以及主共振峰值和系统稳定性随每个时滞反馈参数变化的特性规律;通过分岔图和Lyapunov指数图得到外激励幅值对系统混沌运动的影响;最后调节时滞反馈增益和分数阶次抑制系统的混沌运动。结果表明,时滞反馈增益和分数阶次能够有效抑制系统的主共振峰值和不稳定区域,可以将系统响应从混沌运动调整为稳定的周期运动,提高系统的稳定性。

基于弹性力学-热力学的变压器铁芯磁致伸缩振动模型与松动故障诊断方法

为了准确分析变压器铁芯磁致伸缩现象,建立了弹性力学与热力学耦合的铁芯振动理论模型,并基于奇异性分解理论提出了松动故障诊断方法。首先通过耦合弹性力学中的应变能和热力学中的弹性自由能,建立了表征变压器铁芯多频段的磁致伸缩振动数学模型;接着考虑了基于弹性力学的非线性力-磁耦合机制的影响,建立了振动多频段多物理场仿真模型,得到了铁芯0~1000 Hz的多频段振动特性;然后搭建了变压器铁芯磁致伸缩振动采集平台,对10 kV变压器铁芯进行了振动监测试验。试验结果表明,铁芯振动除100 Hz基频以外,还含有200~600 Hz的振动信号,A、B相的实测结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真与试验一致,验证了仿真模型的正确性;之后建立了铁芯松动故障模型,得到部分与完全松动状态下的振动特性。最后,对获得的振动信号进行故障诊断,以铁芯正常、部分松动、完全松动的不同状态信号为基础,提出了基于奇异性分解理论的方法,计算的特征量分别为0.0524、0.2822、1.5059,说明随着松动程度的逐渐加剧,特征量逐渐增大,验证了诊断方法的准确性。

深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。受动物毛发感知机理启发,设计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检测的输出电压模型。仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在0.05~4.8 mm深度检测范围内,灵敏度为185.72 mV/mm,响应时间和恢复时间分别为31 ms和43 ms,且具有良好的重复性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过2.4%。将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提供参考。

超磁致伸缩力传感执行器磁路优化设计与分析

以超磁致伸缩力传感执行器为研究对象,基于磁致伸缩与涡流损耗理论,应用COMSOL有限元软件进行磁场分析,系统地研究了导磁体参数对磁通密度与涡流的影响规律。为增大磁通密度、减小涡流损耗,以超磁致伸缩棒中轴线上磁通密度均匀度为评价标准,优化了导磁体参数,并将导磁体分区绝缘。静、动态磁场下与未优化时实验结果进行对比,结果表明:静磁场中优化后的磁通密度均值提升了0.0161T,均匀度提升了4.5%;动态磁场中,分区绝缘可有效减少涡流损耗,优化后的力传感器灵敏度提升了5.76%。

基于Energetic和改进Jiles-Atherton-Sablik模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟

准确模拟电工钢片的动态磁致伸缩特性是电工装备铁心振动和噪声分析的关键步骤。该文提出一种基于Energetic磁滞模型和改进Jiles-Atherton-Sablik(J-A-S)模型的电工钢片动态磁致伸缩特性模拟方法。首先,基于静态Energetic磁滞模型和损耗分离理论,考虑由励磁频率引起的动态损耗密度分量,并采用场分离技术建立动态Energetic磁滞模型。其次,将动态Energetic磁滞模型求解的动态磁场强度作为改进J-A-S模型的已知量,从而根据铁磁材料的非线性本构关系,建立以磁感应强度为输入量的动态磁致伸缩逆模型。在此基础上,设计电工钢片动态磁致伸缩曲线的模拟流程。最后,将所提方法的模拟结果与实测结果和现有方法模拟结果进行对比,可知所提方法的模拟结果与实测结果吻合更好,从而验证所提模拟方法的准确性。

考虑磁畴偏转的无取向硅钢应力各向异性磁致伸缩特性模拟

无取向硅钢铁心的电磁振动是电机噪声的根本来源,采用夹件固定铁心可有效抑制其振动,但夹紧力施加不当会加剧铁心振动,原因为应力使无取向硅钢的磁畴取向发生偏转而引起磁致伸缩形变增大,形成应力各向异性。因此,为了获得准确的应力加载方法,需建立考虑磁畴偏转的无取向硅钢应力各向异性磁致伸缩模型。首先,求解自由能模型并计算能量极值点的分布,模拟无取向硅钢在磁场和应力作用下的磁畴偏转路径;其次,用磁晶各向异性能、应力各向异性能以及磁场能贡献的总和表示无磁滞磁化强度,将自由能模型与考虑磁滞的磁致伸缩模型相结合,通过无取向硅钢磁致伸缩特性测试获取模型参数并进行参数依赖性分析;最后,模拟应力与磁场作用下不同磁化方向的无取向硅钢的磁滞特性和磁致伸缩特性,通过仿真结果与实验结果的对比验证了该模型的准确性。结果表明,应力的增大会使无取向硅钢磁致伸缩应变值减小,同一应力下,磁致伸缩应变的大小会随磁化角度的增大而增大,该文所提出的应力各向异性磁致伸缩模型可以有效模拟此种变化规律。

磁相变材料热膨胀与磁致伸缩效应测试

基于综合物理性能测试系统的低温与磁场环境,采用应变片测试方法开发了磁相变材料热膨胀系数的表征方法,验证了测试结果的可靠性,并开展了磁相变材料LaFe11Co0.8Si1.2负膨胀性能的研究。结果表明:在居里温度处,LaFe11Co0.8Si1.2材料的热膨胀量随温度的升高而减小,这是因为材料发生了铁磁性向顺磁性的磁相变,导致其产生磁致伸缩效应,抵消了原子非简谐振动引起的热胀冷缩,最终导致材料发生负热膨胀现象。

串联磁致伸缩生物传感器的制备和食品中大肠杆菌的检测

磁致伸缩生物传感器的制造成本、检测灵敏度、检测效率是影响传感器广泛应用的重要因素。为研究串联磁致伸缩生物传感器对食品中大肠杆菌的检测性能,该研究研制了一种新型串联磁致伸缩生物传感器,该传感器的换能器采用铁基非晶软磁合金,功能涂层采用环保亲水材料聚乙烯醇。将不同尺寸的单一传感器作为对照组,利用阻抗分析仪检测传感器的谐振参数。选取尺寸为4.8 mm×0.8 mm与7.2 mm×1.2 mm的传感器进行串联,将无抗体加载的传感器作为参考传感器,检测浓度为10~10^(8)CFU/mL大肠杆菌悬浮液。利用扫描电子显微镜观察传感器表面吸附致病菌情况。探索串联磁致伸缩传感器检测大肠杆菌食品溶液时谐振频率漂移量与浸泡时间的关系。研究发现:该串联磁致伸缩生物传感器相较于单一传感器具有更好的响应强度。通过对不同浓度大肠杆菌悬浮液的检测,得到该串联抗体传感器与大肠杆菌发生特异性结合,检测限为10^(2)CFU/mL。利用扫描电子显微镜观察传感器表面,证实谐振频率偏移量均由吸附大肠杆菌引起。利用阻抗分析仪检测串联传感器在大肠杆菌食品溶液中浸泡不同时间后的谐振频率漂移量,得到传感器实现稳定检测时间为20 min。表明此新型串联磁致伸缩生物传感器具有较高的灵敏度、稳定性、检测效率且制造简单,成本较低,使用方便。该研究可为生物传感器在食品安全检测方面的广泛应用提供有力参考。

磁致伸缩执行器数学建模与仿真分析

针对设计的磁致伸缩执行器的输出特性及其内部复杂物理现象,基于电磁学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒理论、结构动力学理论提出了更为准确的执行器动力学行为描述模型并分析。上述模型考虑输入电流、磁导率、动态损耗、电磁力等多种因素间的关系及其对输出特性的影响,以Jiles-Atherton模型定义磁致伸缩材料并通过maxwell软件对以磁致伸缩材料为核心的执行器进行有限元仿真分析,将仿真结果与数学解析模型结合并加以修正,得到更加准确的系统动力学模型。最终在MATLAB/Simulink中搭建系统动力学模型仿真分析发现,由电磁场所产生的交变电磁力导致磁致伸缩棒预压力偏置现象对执行器输出性能较大,而电流、动态损耗及磁导率通过影响磁场进而影响执行器输出。

铁心硅钢磁滞与磁致伸缩耦合特性的测量与模拟

变压器或电机铁心存在大量旋转磁通,旋转磁化下铁心硅钢的磁滞与磁致伸缩效应将增大铁心损耗,加剧铁心振动形变。为了有效模拟铁心硅钢磁滞与磁致伸缩耦合特性,本文在实验测量基础上提出将旋转磁化下硅钢的涡流损耗与异常损耗引入到传统Jiles-Atherton磁滞模型能量平衡模型,表征电工钢片的旋转磁滞特性。同时,基于磁致伸缩与磁化强度之间的非线性回环曲线关系,建立旋转磁化下一阶惯性磁致伸缩模型,并将磁滞模型表征的磁化强度映射到磁致伸缩模型中,建立磁滞与磁致伸缩特性的耦合关系。最后通过实验验证了模型的有效性。研究结果表明,提出的耦合模型可以有效地表征电工钢片的旋转磁特性,为高品质电工产品的优化设计提供参考。

多目标差分进化算法改进与电工钢片磁致伸缩模型参数辨识

准确且高效地辨识电工钢片磁致伸缩模型参数是模型在变压器铁心振动分析中的应用前提。针对现有单目标优化算法不能兼顾参数辨识精度和速度的问题,该文基于改进Jiles-Atherton-Sablik和Energetic模型相结合的磁致伸缩模型,将该模型的参数辨识转换为多目标优化问题。以磁滞回线和磁致伸缩曲线的均方根误差作为待优化的2个目标,建立参数辨识的多目标优化数学模型。基于该模型,从控制参数自适应技术、变异算子改进策略以及选择算子改进策略3个方面对多目标差分进化算法进行改进,从而提出一种采用改进多目标差分进化算法的磁致伸缩模型参数辨识方法。通过与现有方法对比,该文方法的磁滞回线求解精度提升17.84%,磁致伸缩曲线求解精度提升13.60%,辨识速度提升41.57%。

尺蠖型超磁致伸缩旋转驱动器驱动信号设计与试验

为了解决传统的“信号发生器+功率放大器”产生的信号无法满足尺蠖型旋转驱动器多路、正方波波形需求的问题,设计了一种通过Cmos控制脉冲模块“通-断”时机的信号控制器,从而得到特定时序的3路正方波信号。通过这种方案得到的3路驱动信号为正方波电流信号,从而避免了超磁致伸缩材料的“倍频”现象的发生。通过设置信号周期、占空比和延迟等参数,能够输出设定时序的三路正方波驱动信号。根据电压定律,将正方波简化成阶跃波形,建立了驱动信号的电流模型,并进行了参数辨识。在工作频率范围内,电流解析式能准确地表示电流信号。搭建试验平台进行了试验测试,试验结果表明,在工作频率范围内,信号控制器输出的正方波波形优于“信号发生器+功率放大器”产生的方波信号,设定的3路信号能够驱动尺蠖型旋转驱动器产生步进旋转运动。通过优化驱动信号时序,将旋转驱动器最大工作频率由160 Hz提至210 Hz。

考虑永磁体偏置的超磁致伸缩换能器磁能损耗分析

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗计算产生了较大挑战。因此,提出考虑永磁体偏置的换能器磁能损耗计算方法,首先,基于超磁致伸缩材料磁化和磁畴理论,推导永磁体偏置条件下的超磁致伸缩换能器磁能损耗数学机理模型。然后,利用微元思想,建立考虑永磁体偏置及棒材轴向磁场分布不均匀影响下的换能器磁能损耗计算模型,并通过有限元方法验证了模型的有效性。最后,搭建超磁致伸缩换能器损耗特性测试平台,通过分析不同工况下换能器的磁能损耗特性,验证所提模型的准确性。实验结果表明:提出的考虑永磁体偏置影响下的损耗计算模型,在换能器励磁频率50~1050Hz、磁通密度幅值0.01~0.25T工况下,模型结果与实测数据的平均误差为2.93%,可有效分析超磁致伸缩换能器的磁能损耗。

基于数据融合的磁致伸缩位移校正方法

针对换流变压器实际运行过程中铁芯振动信号高次谐波分量的测量准确性问题,提出一种数据校正方法,利用加速度传感器的高频敏感性特点,结合多传感器数据融合的卡尔曼滤波(KF)算法,对高频位移信号进行校正。通过分解换流变压器实际激励信号,同时搭建并改进单片硅钢片磁致伸缩特性测量实验平台,进而对不同激励下信号进行同步采集和数据融合。利用卡尔曼滤波将数据融合,并对融合前后的高频位移信号各分量占比以及信噪比进行计算对比。模拟换流变压器实际工作条件,在250Hz和350Hz单独激励时,数据融合后的位移信号的信噪比在其4倍频处分别提升7.6%、11.7%,在6倍频处的信噪比分别提升为9.5%、22.9%。实验结果表明,该方法提高了高频位移信号的测量准确性,有效地解决了传统位移传感器在高频测量方面的局限性。

超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的结构设计及喷油特性分析

针对现有喷油器存在的喷油速率低、喷油脉宽大、响应速率慢的问题,提出了一种超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器的设计方案。简述了该高压共轨式喷油器的整体设计及工作原理,并且在Jiles-Atherton磁滞模型和液压传动理论基础上建立数学模型;采用COMSOL建立了驱动部分仿真模型,并进行输出位移和应力特性分析,采用AMESim建立了喷油器整体模型,并进行喷油速率分析;搭建试验平台,验证了超磁致伸缩驱动高压共轨式喷油器设计方案的有效性。结果显示:当线圈电流为3.6 A时,超磁致伸缩棒的最大输出位移可达52μm;在160 MPa的压力下喷油最低脉宽从1 ms降低到0.15 ms,并且无论脉宽长短,其脉宽-喷油量均具有良好的线性度。结果表明,提出的设计方案可行,为研制出一种高性能的高压共轨式喷油器奠定了理论和技术基础。

基于Fe-Co-V合金的逆磁致伸缩效应高性能振动发电

旨在探讨和研究磁致伸缩振动发电技术的设计方案。磁致伸缩振动发电是一种利用磁致伸缩材料将振动能转化为电能的技术。该技术具有体积小、重量轻、能量转换效率高等优点,适用于微型能量收集和无线传感器网络等领域。目前磁致伸缩振动发电技术仍面临一些挑战,例如低效率和能量输出不稳定。因此,研究的目标是设计和优化一种磁致伸缩振动发电装置,以提高能量转换效率和稳定性。将采用优化的材料选择、结构设计和电路调整,通过实验研究不同设计参数对发电效果的影响,并对实验结果进行分析和评估。预期结果将为磁致伸缩振动发电技术的进一步发展和应用提供有益的参考和指导。

超磁致伸缩式自动紧急制动系统协同控制策略研究

超磁致伸缩式自动紧急制动系统是一种以超磁致伸缩致动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)为制动执行机构的自动紧急制动(Autonomous Emergency Braking,AEB)系统,能够实现车辆车身轻量化和快速制动的效果。针对同速近距离跟车状况下TTC算法失效,提出一种采用TTC(Time To Collision)算法和安全距离算法协同控制的控制策略。本文搭建了PreScan/SimulinkCarSim的联合仿真平台,采用CCRm(前方匀速行驶车辆追尾测试)的测试方法。联合仿真结果表明,协同控制策略与GMA结合,制动后避撞效果良好,极大提高车辆主动安全性能。