超磁致伸缩薄膜转换器及其在微流体元件中的应用

在介绍超磁致伸缩材料特性的基础上 ,分析了超磁致伸缩薄膜转换器的结构原理和性能特点 ,着重阐述了超磁致伸缩薄膜转换器在微流体元件 (如微流体泵和阀等 )中的应用并总结了超磁致伸缩薄膜微转换器的最新研究成果及应用研究现状。分析结果表明 :该类材料具有磁致伸缩应变大 ,非接触驱动 ,结构简单 ,响应快和精度高等优点 ,它的出现为微流体元件的驱动提供了一个更新更有效的方法 ,具有良好的应用前景。

超磁致伸缩电—机械转换器模型分析

讨论超磁致伸缩电—机械转换器集中参数机电模型及滞回特性模型建模方法。建立的超磁致伸缩电 -机械转换器集中参数模型在中低频段能反映其动态行为 ,滞回特性模型能有效描述电—机械转换器的电流—位移滞回关系。仿真结果与实验特性能很好地吻合 ,表明提出的 2种模型是有效的。

超磁致伸缩电─机械转换器热变形补偿试验研究

介绍了为克服超磁致伸缩电─机械转换器热形变输出而研制的可微调的热变形补偿机构的结构、理论分析和试验结果。结果表明，提出的补偿机构能有效地补偿GMM棒的热变形，提高了GMA的位移输出特性。

超磁致伸缩电—机转换器位移感知模型及滞环分析

超磁致伸缩电—机转换器响应快、可靠性高,但动态驱动时,因受磁滞、涡流等因素影响,输出位移的滞环较大。需要以准确的数学模型为基础,通过控制算法来补偿滞环,或通过优化其结构参数来降低滞环。通过实时测量超磁致伸缩棒上所绕线圈两端的感应电压和推导此感应电压与超磁致伸缩电—机转换器输出位移的关系,建立实时反映超磁致伸缩棒磁化状态的超磁致伸缩电—机转换器动态位移感知模型,并进一步推导出了超磁致伸缩电—机转换器输出位移的滞环与其结构参数的关系。通过与试验结果对比,当驱动频率小于300 Hz时,由所建模型计算出的位移峰—峰值的相对误差小于5.8%;通过仿真研究超磁致伸缩电—机转换器结构参数对输出位移滞环的影响,得出增加预压弹簧的刚度,可以降低动态驱动时的滞环。

稀土超磁致伸缩转换器的动态特性仿真研究

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特点。本文阐述了利用国产超磁致伸缩材料研制的电—机械转换器结构,工作原理,建立了其动态特性模型,利用MATLAB中的SIMULINK构建了仿真模型并对其动态特性进行了仿真研究。仿真结果与实验结论虽有差异但基本吻合。

基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力特性

介绍了超磁致伸缩材料的性能特点和利用国产超磁致伸缩材料研制的电-机械转换器,及喷嘴挡板阀的结构组成和工作原理,建立了数学模型。构建了基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力测试系统,试验研究超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力特性,得出了最佳控制压力时不同参数间的匹配关系。结果表明,基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀,具有较宽的控制压力特性,良好的线性度,较快的响应速度,为进一步将其应用于两级电液伺服阀提供了设计和试验依据。

超磁致伸缩伺服阀用电-机转换器传热及热误差分析

提出了一种超磁致伸缩伺服阀用超磁致伸缩电-机转换器的结构并阐述了其工作原理,此电-机转换器采用了油液冷却和反向补偿法来抑制因热产生的位移输出。为分析温升对超磁致伸缩电-机转换器控制精度的影响,基于导热和对流传热理论建立了其传热模型,给出了稳态时超磁致伸缩棒上的温度和热补偿装置上的温度,分析了冷却油液流速对稳态温度的影响,并采用温度场数值模拟的方法对仿真结果进行了验证。分析结果表明,当控制电流为额定值1 A时,若超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度大于0.1 m/s,热补偿装置和超磁致伸缩棒的温度在20.3℃附近且温差在0.2℃以下。由超磁致伸缩棒和热补偿装置上的温度,进一步推导出了超磁致伸缩电-机转换器因热而产生的误差位移。通过仿真分析得出,在超磁致伸缩棒和控制线圈间油液速度等于0.1 m/s时,棒和外壳温度接近且温升不大,热误差位移不大于0.1μm。

基于超磁致伸缩转换器的流体控制阀及其技术

介绍了超磁致伸缩材料在流体控制阀中的应用研究现状 ,详细分析了使用 GMA时要解决的热补偿、微位移放大和非线性控制等几项关键技术。提出了两种基于

基于超磁致伸缩材料新型转换器的仿真研究

超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大,输出力大,响应速度快,能量转换效率高等特点。利用超磁致伸缩材料研制了一种取代两级传统电液伺服阀力矩马达的新型电-机转换器,并建立了其数学模型及MATLAB仿真模型,通过仿真结果分析表明该转换器较传统力矩马达具有高频响、高响应等显著优点。

伺服阀用超磁致伸缩转换器驱动磁场的数值计算

介绍了利用国产超磁致伸缩材料(GMM)的电-机械转换器(GMA)工作原理,分析了GMA的驱动形式和磁路构成。在建立超磁致伸缩转换器的轴对称磁场数学模型的基础上,利用有限元方法对磁场进行数值计算,得到了不同输入电流时磁场分布和磁感应强度沿轴线的变化规律。实测了GMA不同输入电流时的磁感应强度,与有限元计算结果对比分析可以看出,两者虽有差异但基本相同,还论证了数学模型的正确性。研究结果对GMA磁场分布规律的预测及结构优化设计提供了理论依据。

超磁致伸缩材料转换器喷嘴挡板伺服阀的热变形补偿研究

介绍了GMM(超磁致伸缩材料)转换器热变形抑制的常用两种方法:冷却和补偿方法,分析了GMM转换器及喷嘴挡板阀的结构组成和工作原理.针对伺服阀用GMM转换器的具体特点,提出了一种新型的热变形补偿机构.构建了基于GMM转换器喷嘴挡板阀的控制压力测试系统,研究了基于GMM转换器的喷嘴挡板阀补偿机构的有效性和实用性.结果表明,提出的补偿机构能有效地补偿GMM棒的热变形,提高了GMM转换器喷嘴挡板阀控制压力的输出精度.

电液伺服阀用超磁致伸缩转换器的建模与动态仿真研究

介绍电液伺服阀用超磁致伸缩转换器(GMA)的结构和工作原理;在建立转换器数学模型的基础上,构建转换器的AMESim仿真模型,分析阻尼系数、等效质量、驱动频率和GMM棒刚度系数等不同参数对转换器动态特性和输出位移的影响。仿真结果表明:增大阻尼系数,减小等效质量,可以提高转换器的动态特性;减小驱动频率和GMM棒刚度系数,可以增加转换器的输出位移。仿真结果为电液伺服阀用超磁致伸缩转换器的结构参数优化提供了理论依据。

超磁致伸缩电—机械转换器研制及其电磁场的有限差分法研究

利用有限差分法求解GMA二维电磁场问题,在超磁致伸缩电—机械转换器结构研制的基础上,结合有限差分法计算原理及应用问题对GMA的电磁场进行数值计算。研究结果表明:用有限差分法进行GMA的磁场分析可以获得较精确的磁场分布,为GMA的结构优化和理论分析奠定基础。

超磁致伸缩电-机转换器的驱动磁路设计

在介绍了超磁致伸缩电-机转换器(Giant Magnetostrictive Actuator,简称GMA)的基本结构和工作原理的基础上,分析了磁场特性对转换器性能的影响。利用相关电磁学和磁路设计的基本理论,采用双线圈式驱动形式,对转换器的磁路进行设计和分析,给出了驱动线圈和偏置线圈结构参数的计算方法。为优化超磁致伸缩电-机转换器的磁路结构提供了理论依据。

超磁致伸缩薄膜材料及其应用

超磁致伸缩薄膜是一种应用于微型机电系统及传感器的新型材料 ,它具有很高的机电耦合系数、较高的响应速度以及非接触式驱动等优点。对磁致伸缩薄膜的研究现状进行了综述 ,介绍了磁致伸缩薄膜的制备方法 ,性能特征及应用前景。

超磁致伸缩薄膜驱动仿生游动微型机器人

研制了以超磁致伸缩薄膜为驱动器的仿生游动微型机器人,其作业原理是以超磁致伸缩薄膜驱动器为尾鳍,通过改变时变振荡磁场的驱动频率,在超磁致伸缩薄膜的磁机耦合作用下,将时变振荡磁场能转换成驱动器的振动机械能,振动的超磁致伸缩薄膜驱动器再与液体耦合,便产生了机器人的推力.由于超磁致伸缩薄膜为非接触式驱动,因此机器人不需要电缆驱动.基于仿生游动原理,提出一种计算推力的数学模型,以建立的超磁致伸缩薄膜受迫振动模型的前三阶谐振频率模态为尾鳍的摆动,对振动薄膜产生的推力进行了计算.实验验证了理论分析的正确性,表明仿生游动微型机器人的方案切实可行.

薄膜型超磁致伸缩微执行器的研究现状

超磁致伸缩薄膜是一种性能优良的新型微驱动元件 ,文章介绍了超磁致伸缩薄膜驱动的原理 ,综述了薄膜型超磁致伸缩微执行器的开发和最新研究成果 ,重点介绍了薄膜型超磁致伸缩微执行器在微流体控制系统、线性超声微马达及微小型行走机械中的应用 ,并对超磁致伸缩薄膜在微执行器中的应用进行了展望。

超磁致伸缩薄膜尾鳍机器鱼的仿生游动机理

根据仿生学原理,采用超磁致伸缩薄膜驱动器模仿鱼类的波状推进方式,可以实现机器人的无缆驱动,并能显著提高机器人的可靠性与实用性。为了提高推进力,进而提高驱动效率,实现机器人尾鳍形状优化是关键。基于等面积条件,优选了几种薄膜尾鳍形状,在建立悬臂梁结构变断面超磁致伸缩薄膜受迫振动动态模型和机器人推力模型的基础上,对不同形状薄膜尾鳍的推力进行了仿真验证,得出了最佳尾鳍形状曲线,并用有限元法分析了薄膜驱动器的应力分布,最后通过试验验证了薄膜驱动器的推进效果。

TbDyFe超磁致伸缩薄膜的低场磁敏特性

采用磁控溅射法制备了TbDyFe超磁致伸缩非晶薄膜,研究了真空热处理退火及软磁性Fe薄膜的交换耦合作用对TbDyFe超磁致伸缩的低场磁致伸缩性能的影响。研究结果表明:真空退火处理通过改善薄膜的微结构及应力状态,有效地提高薄膜了的低场磁敏性能;易磁化方向平行于膜面的软磁Fe膜的复合,使薄膜平行于膜面的易磁化性能大大提高,复合薄膜的强制磁致伸缩系数(dλ/dH)提高3倍以上。单层薄膜厚度越小,交换作用越强,低场磁致伸缩性能越好;当薄膜厚度大于交互作用距离、薄膜的总厚度不变时,单层薄膜的厚度变化对复合薄膜的磁致伸缩性能没有影响。

超磁致伸缩薄膜悬臂梁的非线性变形分析及试验

将双层超磁致伸缩薄膜(Giant magnetostrictive thin film,GMF)悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,以简化磁机耦合模型。在几何非线性弹性变形理论基础上,根据哈密顿原理推导出超磁致伸缩薄膜非线性变形的控制方程,并给出超磁致伸缩薄膜悬臂梁静态几何非线性变形模型、非线性主共振和超谐波共振响应模型。采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(铽镝铁—聚酰亚胺—钐铁)进行变形特性的试验研究,发现超磁致伸缩双层膜表现出明显的几何非线性变形特征,悬臂梁端部位移量约为厚度的2/3;同时检测到悬臂梁的超谐波共振现象,前三阶超谐波共振的驱动效率与一阶主共振的驱动效率具有可比性。将所提出的静态非线性变形模型和振动响应模型分别与试验结果对比发现,两个模型可较好地说明双层超磁致伸缩薄膜的非线性变形特性,为有效地利用超磁致伸缩薄膜设计开发微驱动器和微传感器提供依据。