超磁致伸缩稀土换能器测量系统

本文介绍了一种超磁致伸缩稀土换能器测量系统,并应用此系统对超磁致伸缩稀土换能器进行了测试,得到了满意的结果。

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。

面向超磁致伸缩换能器的超声电源设计与性能分析

面向超磁致伸缩换能器的超声电源相对于传统的压电换能器超声电源存在一定的区别,但是目前这方面的相关研究报道较少。本研究建立了带有无线能量传输装置的等效电路模型,设计了一种面向超磁致伸缩换能器的超声电源。频率源基于直接数字合成(DDS)技术并利用全桥开关放大电路进行功率放大,使用相位和有效值(RMS)计算实现频率追踪策略,从而使该电源具备定频信号输出以及实时频率追踪的功能。最后,对超磁致伸缩换能器超声电源的输出性能进行了测试与分析,结果表明,在开环定频驱动功能下可以输出15~50 KHz的超声信号,在闭环追频驱动功能下可以在工作频率点处长时间稳定驱动超磁致伸缩换能器。此外,文章对面向超磁致伸缩换能器的超声电源进行了升级,并进行实验验证该电源可以实现超过1 kW的大功率输出。

稀土—铁系超磁致伸缩材料水声换能器的研制

本文对稀土－铁系超磁致伸缩材料在水声换能错（大功率低频声纳）中的应用进行了探讨。研制的水声换能器样机采用预应力结构，其振动核心为一根φ０．０１×Ｌ０．０５ｍ的稀土－铁系超磁致伸缩材料棒；该换能器具有低频（２．４ｋＨｚ）、频带宽（８００Ｈｚ）、发射电流灵敏度高（Ｓｉ＝１７３ｄＢ）、电声效率高（η（ｅａ）＝４５％）等特性，说明了稀土－铁系超磁致伸缩材料适用于低频大功率水声换能器。

超磁致伸缩换能器磁路设计及振动性能测试

研制了一种超磁致伸缩换能器。为了改善磁路,提高换能器的振动性能,利用有限元法对换能器进行仿真计算,重点研究了导磁块和导磁筒对换能器性能的影响,又仿真计算了换能器工作时的温升;对研制的换能器阻抗和振幅进行了测量;结果表明:随着导磁筒厚度的增加,Terfenol-D棒的磁场强度先增大后减小,磁场均匀度先减小后不变,输出振幅先增大后略有减小;随着导磁块厚度的增大,Terfenol-D棒的磁场强度和磁场均匀度增大,输出振幅也增大;与无导磁筒的换能器相比,有导磁筒的换能器的机电转换系数和输出振幅均较大,但工作相同时间后的温度较高。该研究提供一种对超磁致伸缩换能器的磁路结构进行设计优化,并提高其振动性能的仿真计算方法。

圆环型稀土超磁致伸缩超声频换能器

用有限元数值方法计算并研制了稀土超磁致伸缩圆环型超声频换能器。研究表明,可用既导磁又导电的稀土超磁致伸缩材料研制大功率换能器;在换能器的激励线圈外面,加上高导磁率闭合圆桶,有利于换能器耦合系数的提高;与频率为25.9 kHz的压电陶瓷换能器相比,尺寸减小了1/3。实验测试与理论计算基本相符。

稀土超磁致伸缩换能器磁路设计与仿真

稀土超磁致换能器的主要作用是实现电—磁—机三种能量的转化,即交变电流作用下在线圈中激发磁场,使位于偏置磁场和线圈激发磁场中的稀土超磁致伸缩棒,在叠加磁场的激励下产生伸缩运动,输出机械力和位移,该过程中磁能起到了举足轻重的重要作用。基于稀土超磁致材料设计了一种可以应用于超声挤压强化加工领域的直动型双向输出换能器,并采用了有限元软件ANSYS对其进行了磁路的优化和仿真。结果表明:闭磁路系统辅以偏置磁场有利于稀土超磁致棒区域磁场强度的均匀分布,解决倍频现象,同时也得出了稀土超磁致换能器的最佳电流驱动密度,这对换能器的结构设计和磁路优化具有重要意义。

稀土超磁致伸缩换能器的研制及其在桥梁检测中的应用

稀土超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料，它的应用越来越受到广泛的关注，针对目前大型工程质量检测对声波无损评价系统震源的新要求，研制了稀土超磁致伸缩换能器，该换能器以大功率稀土超磁致伸缩材料作能量转换部件，具有能量集中、发射声波传播距离远、发射频率适中，容易与采集系统集成而实现自动检测控制，显著提高工作效率．最后以某桥梁声波CT无损评价为例说明其广泛的应用。

稀土超磁致伸缩换能器的实验研究

分析了超磁致伸缩材料静、动态特性 ,对自行设计的超磁致伸缩大功率换能器进行了试验研究 ,该装置具有功率大、适用频带宽。

稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率分析

采用有限元方法和等效电路法对稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率进行计算,将求解结果与实验测试结果进行比较,验证了计算结果的准确性。

稀土超磁致伸缩换能器等效热网络建模研究

超磁致伸缩换能器的工作特性与温度密切相关,快速准确地对换能器温度分布进行分析计算与预测是换能器设计与性能评估的关键。凭借仿真速度快、准确性高等显著优势,热网络建模广泛用于换能器热分析,但多聚焦于稳态建模研究,忽略超磁致伸缩棒由于热导率低所导致的明显的瞬态温度梯度。为此,该文以纵振式超磁致伸缩换能器为研究对象,计及超磁致伸缩棒作为热源的特殊性和对棒材温度空间分布的影响,建立超磁致伸缩换能器瞬态等效热网络模型。首先基于换能器的结构和工作原理,对其进行热分析;然后重点对超磁致伸缩棒进行建模,根据换能器内部传热过程,建立换能器瞬态热网络模型并对模型参数进行计算;最后搭建有限元仿真模型和换能器温升实验平台,从仿真和实验两方面验证了所提热网络模型对换能器温度时空分析的准确性和有效性。

计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型

文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图,用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。

考虑动态损耗的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型

在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验结果吻合较好,说明所建立的多场耦合动态模型能够描述驱动磁场和换能器的输出应变之间的关系,能很好地描述换能器的实际工作状态,为超磁致伸缩换能器设计研发提供理论指导。

考虑压力变化的超磁致伸缩超声换能器动态模型

Terfenol-D是一种超磁致伸缩材料,它在变化的磁场作用下可以产生较其他磁性材料大得多的形变,可以作为改动材料应用于超声换能器中,但是这种材料的发热问题制约超磁致伸缩超声换能器功率的提升。超磁致伸缩超声换能器的热量主要来自Terfenol-D材料内部的涡流损耗和磁滞损耗,涡流损耗可以通过将材料切片的方式有效地减小,因此磁滞损耗就成了换能器的主要热源。本文提出一种考虑应力影响的基于反向Jiles-Atherton磁滞数学模型的新模型,并将它与时步法电磁场有限元分析法相结合,进行磁滞损耗的计算。将磁滞损耗作为热源进行温度场分析,得到超磁致伸缩超声换能器的温度分布,为超磁致伸缩换能器散热系统的设计提供了指导依据。

稀土超磁致伸缩材料发展概况

讨论了磁致伸缩效应的来源,介绍了稀土超磁致伸缩材料的特性和应用及目前的研究现状,重点评述了稀土超磁致伸缩材料的各种制备工艺和技术关键,介绍了"一步法"新工艺的特点,指出了今后的研究方向和工作重点。

磁场和应力作用下的超磁致伸缩换能器的动态模型

在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在致动器工作模式下,计算结果和实验结果是一致的。在传感器工作模式下,论文分析了不同偏置条件(偏置磁场和预应力)时,应力变化对超磁致伸缩传感器感应电压的影响,并进行了相关的实验研究。结果表明,实验结果和计算结果趋势一致,数值符合较好,验证了模型的正确性和实用性。

超磁致伸缩功率超声换能器热分析

超磁致伸缩材料能量密度高,导热性相对较好,由其制造的功率超声换能器能做成很大功率,但因为此类换能器总处在高强度高频率磁场中工作,各种损耗很严重,带来的热量非常大,而超磁致伸缩材料对外界温度又很敏感,故热分析是该类换能器设计的重要方面。该文设计了换能器及其冷却系统,以考虑涡流损失和附加损失的Jile-Atherton模型为基础,提取了模型参数,计算得到了换能器的损耗总量;用有限元方法计算了冷却水流场分布和换能器温度场分布;对样机进行了试验,实验与计算结果吻合良好。

稀土超磁致伸缩材料的研究

以Tb Dy Fe合金系为主 ,对稀土超磁致伸缩材料的基本性能作了简要的介绍 ,并与其他磁、电致伸缩材料进行了对比。重点介绍了影响该系合金性能的主要因素和该类合金的制备方法 ,并叙述了超磁致伸缩材料研究的最新进展及进一步研究的方向。

超磁致伸缩换能器磁路设计及优化

为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少GMM棒涡流损耗的设计方案,并忽略了气隙的影响.采用有限元方法仿真了不同磁路设计方案对换能器性能的影响,并进行了试验分析.结果表明,在GMM棒两端安装电工软铁能够提高工作磁场强度,减少磁通泄漏,增加换能器输出位移并降低驱动电流,改善换能器的发热情况,从而整体改善超磁致伸缩换能器的性能.

Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

本文研究了利用ANSYS软件分析磁致伸缩换能器，使这一有限元分析软件能够用于TerfenolD换能器的分析设计。设计了14kHzTerfenol－D纵向技能器，计算结果与实验结果符合很好。