智能材料-磁致伸缩材料

超磁致伸缩材料的应用现状

专题综述 文章编号:100320794(2006)0520725203 超磁致伸缩材料的应用现状 方紫剑,王传礼 (安徽理工大学,安徽淮南232001) 摘要:稀土超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料具有应变大、响应速度快等优点。介绍了超磁致伸缩材料(G M M)及基本特性,且较全面地论述了超磁致伸缩材料2类执行器在各领域(特别是在液压元件和微型马达)中的应用及研究现状。 关键词:超磁致伸缩材料;液压元件;微型马达 中图号:TP39文献标识码:A Applications of G iant Magnetostrictive Material FANG Zi-jian,WANG Chu an-li (Anhui University of Science and T echnology,Huainan232001,China) Abstract:The giant magnetostrictive material(G M M)has the advantages of high strain and fast response.The giant magnetostrictive material and its basic characteristics are presented.The current researches on applica2 tions of tw o kinds of G MA in various fields(particularly in the field of hydraulic com ponents and micro-m o2 tors)are com prehensively introduced. K ey w ords:giant magnetostrictive material;hydraulic com ponent;micro-m otor 1　超磁致伸缩材料(G M M)的性能特点 G M M与压电材料(PZT)和传统磁致伸缩材料Ni、C o等相比,具有独特的性能:(1)在室温下的磁致伸缩应变大,是Ni的40～50倍,是PZT的5～8倍;(2)能量密度高,是Ni的400～500倍,是PZT的10～25倍;(3)响应速度快,一般在几十毫秒以下,甚至达到微秒级;(4)输出力大,负载能力强,可达到220～800N;(5)其磁极耦合系数大,电磁能机械能的转换效率高,一般可达72%;(6)居里点温度高,工作性能稳定。此外,声速低,约是Ni的1Π3,PZT的1Π2。鉴于G M M的上述优良特性,这种材料在许多领域中已引起人们的广泛重视。 2　物理效应与应用形式 2.1　超磁致伸缩材料的物理效应 (1)Joule效应　磁性体被外加磁场磁化时,其长度发生变化的现象,可用来制作磁致伸缩转换器。 (2)Villari效应　由于形状变化,致使其磁化强度发生变化的现象,可用于制作磁致伸缩传感器。 (3)ΔE效应　随磁场变化,杨氏模量也发生变化的现象,可用于声延迟线。 (4)Viedemann效应　在磁性体上施加适当的磁场,当有电流通过时磁性体发生扭曲变形的现象,可用于制作扭转马达等。 (5)AntiViedemann效应　当磁致伸缩材料沿轴向发生周向扭曲,同时沿轴向施加磁场,则沿周向出现交变磁化的现象,可用于扭转传感器。 (6)Jum p效应　当超磁致伸缩材料外加预应力时,磁致伸缩呈跃变式变化,磁导率也发生变化。 以上效应是超磁致伸缩材料的应用研究基础,利用这些效应可做成各种器件。 2.2　超磁致伸缩材料在工程中应用的2种形式 按照是否采用基片可将超磁致伸缩执行器 (G MA,G iant Magnetostrictive Actuator)分为2类: (1)直动型　直动型超磁致伸缩执行器一般使用超磁致伸缩棒(例如T erfenol-D),当作用在其上的磁场变化时产生形变,从而推动负载运动。 (2)薄膜型　这类执行器一般是采用在非磁性基片(通常是用一些半导体材料如Si制成)的上、下表面采用闪蒸、离子束溅射、电离镀膜、直流溅射、射频磁控溅射等方法分别镀上具有正(如:TbFe)、负(如:SmFe)磁致伸缩特性的薄膜制成,当在长度方向外加磁场时,产生正磁致伸缩的上表面薄膜伸长,而产生负磁致伸缩的下表面薄膜缩短,从而带动基片发生偏转。 3　两种G MA的应用现状 基于超磁致伸缩材料的微位移执行器具有大位移、强力、响应快、可靠性高、漂移量小、驱动电压低等优点,因而在液压元件、微型马达、声纳换能器等工程领域均显示出良好的应用前景。2种形式的G M M在工程中都有广泛的应用,本文着重介绍了2种形式的G M M在液压元件和微型马达中的应用。 3.1　直动型G MA的应用现状 目前,直动型超磁致伸缩执行器较多应用于微型泵、各种阀门、微型马达、声纳等产品中。 (1)微型泵 瑞典ABB公司用T erfenol-D为驱动元件设计了微型泵;日本用T erfenol-D制成了微型隔膜泵;英国SanT echnology公司的DariuszA.Bushko和James. H.G oldie用T erfenol-D棒制成了微型高压隔膜泵,其结构如图1,结合水力和电控装置,可实现强力、大行程的水力驱动,既可线性输出又可旋转输出,体积小且易于控制,其工作原理通过线圈驱动G M M 第27卷第5期2006年　5月 煤　矿　机　械 C oal Mine Machinery V ol127N o15 M ay.2006

超磁致伸缩驱动器

电子雕刻机雕刻头的使用及发展 发布：2008-9-6 10:29:08 来源:模具网编辑：佚名 摘要：介绍了电子雕刻机雕刻头的研究现状与发展。目前成熟应用的主要是电磁驱动式的，分为摆动式和直动式，具有雕刻频率高、雕刻质量好的特点；同时介绍了工作原理不同于电磁式雕刻头的电子束雕刻和激光雕刻，尤其激光雕刻，具有强大的发展潜力；以及正在研究和发展的压电陶瓷和超磁致伸缩驱动器，这些功能材料的应用研究为雕刻头的发展提供了很好的参考 方向。 关键词：雕刻头电磁驱动；激光雕刻；电子束雕刻；压电陶瓷；超磁致伸缩驱动器 凹版印刷以其印品墨层厚实、颜色鲜艳、饱和度高、印版耐印力高、印刷速度快等优点在图文出版和包装印刷领域内占据重要的地位。目前，电雕凹版因技术先进、成本低、制版质量高且稳定、适应范围广、利于环保等优点已在凹版制造中占主导地位，一直是近年来的主流雕刻方法。印版的好坏是决定印刷质量的一个关键因素，凹版电子雕刻效率的高低直接影响到整个凹版制版的进程。印版是电雕系统根据数字化的图文信息驱动雕刻头在版辊上雕刻网穴后处理而成，因此，雕刻头的驱动装置在整个制版过程中起着重要作用。从上个世纪60年代开始，此领域的科技人员不断探索，希望能提高电子凹版雕刻的效率及质量，雕刻效率及质量可以从多方面提高，提高电子雕刻机的雕刻频率是一种最有效最直接的途径。德国、美国、瑞土和日本在电子雕刻技术方面处领先地位，我国在这方面的研究基本为空白「5」。文中主要介绍了电子雕刻头的研究现状及发展方向。 1 电子机械雕刻 电子机械雕刻是由电·机械转换器驱动雕刻刀，在滚筒上雕刻出网穴的一种方法，其关键在于电·机械转换器的工作性能。 1．1 常用结构的原理及特点 一般而言，磁钢产生稳恒磁通，控制线圈产生控制磁通，二者差动叠加产生驱动衔铁运动的电磁力，带动衔铁运动。 1．2 转动式电磁铁 结构原理如图1所示「2」，磁钢在气隙中产生稳恒磁场，在控制线圈未加电时，通过装配时的调试，衔铁处于相对平衡位置；当控制线圈加电时，衔铁被极化，产生磁力拉动衔铁转动，图中显示了衔铁的一种极化方式。当控制线圈加以高频变化的电流或电压时，衔铁便产生高频摆动，带动雕刻刀进行雕刻工作。

磁致伸缩材料的设计和应用

磁致伸缩材料的设计和 应用 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

磁致伸缩材料的设计和应用 Olabi A Grunwald (都柏林城市大学机械制造自动化学院) 摘要：磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。 本文将展示磁致伸缩效应的研究方法现状和其应用，诸如：大型作动器响应、标准Terfenol-D 作动器、基于Terfenol-D的直线马达（蜗杆驱动）、用于声纳换能器的Terfenol-D、用于无线旋转马达的Terfenol-D、基于Terfenol-D的电动液压作动器、无线型直线微型马达、磁致伸缩薄膜的应用、基于磁致伸缩效应的无接触扭矩传感器和其他应用。研究表明，磁致伸缩材料具有许多优良的特性，从而可以被用于许多先进设备。 关键词：磁致伸缩效应；作动器；传感器；Terfenol-D 1.前言 磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。磁致伸缩效应于19世纪（1842年）被英国物理学家詹姆斯.焦耳发现。他观察到，一类铁磁类材料，如：铁，在磁场中会改变长度。焦耳事实上观察到的是具有负向磁致伸缩效应的材料，但从那时起，具有正向磁致伸缩效应的材料也被发现了。对于两类材料来说，磁致伸缩现象的原因是相似的。小磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。增强磁场

浅谈磁致伸缩材料

周文文41255020 计1201 浅谈磁致伸缩材料 摘要：这学期我学习了《智能材料与结构》这门课程。短短九周的时间，使我对智能材料的各个板块都有了广泛认识的同时，对于磁致伸缩材料这一方面也产生了很大的兴趣。本文主要对于磁致伸缩材料的定义、原理与应用进行详细的介绍，并简明扼要的讲述磁致伸缩材料的发展现状及趋势和超磁致伸缩的应用与前景。 关键词：磁致伸缩效应磁致伸缩材料应用超磁致伸缩 1、磁致伸缩效应及其历史 磁致伸缩是磁性材料由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。物质都具有热胀冷缩的现象。除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长或缩短，去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象(效应)。 1842年，英国物理学家詹姆斯.焦耳发现有一类铁磁类材料，如：铁，在磁场中会改变长度。焦耳事实上观察到的是具有负向磁致伸缩效应的材料，但从那时起，具有正向磁致伸缩效应的材料也被发现了。 磁致伸缩现象的是磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。 图1中即为长度随磁场强度变化的理想化曲线。

H 2、磁致伸缩材料 材料、信息与能源称为现代人类文明的三大支柱，其中材料最为基础，国民经济的各部门和高技术领域的发展都不可避免地受到材料一特别是高性能材料发展的制约或推动。传统的电工材料一般是指电工设备中常用的具有一定电、磁性能的材料，按用途可分为4大类：绝缘材料、半导体材料、导体材料和磁性材料。但随着科学技术的迅猛发展，各种新型高性能材料不断涌现。为电工及相关行业的发展起到巨大的推动作用，应用领域也在不断拓宽，因此，把应用于电工产品的材料和以电、磁性能为特征的新功能材料均定义为电工材料，提出了新型高性能电工材料的概念，目前主要包括超导体材料、超磁致伸缩材料、磁性液体材料、电(磁 )流变液、乐电(铁电)材料和磁光材料等。这些材料因其具有优异的性能，给电工行业带来了新的活力，在军民两用高技术领域有着广泛的应用前景。 自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍（Ni）基合金（Ni， Ni－Co合金， Ni －Co－Cr合金）和铁基合金（如 F e－Ni合金， Fe－Al合金， Fe－ Co－V 合金等）和铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co和 Ni－Co－Cu铁氧体材料等。这两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03材料，（简称为 P ZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；第三大类是近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以（ Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金。 由于磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度发生变化，可发生位移而做功或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料可将电磁能（或电磁信息）转换成机械能或声能（或机械位移信息或声信息），相反也可以将机械能（或机械位移与信息）。转换成电磁能（或电磁信息），它是重要的能量与信息转换功能材料。

超磁致伸缩材料及其应用

超磁致伸缩材料及其应用 周全祥（2009级应用物理学） 摘要：超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩目。超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。 关键字：超磁致伸缩材料，工作特性，制备工艺，非线性，换能器，制动器Abstract：Giant Magnetostrictive Materlal，GMM in abbreviatory，is one kind of new funetion materials and can give giant magnetostriction strains with temperature indoor and low magnetie field.It has good features such as giants trains，high force，high energy density，high mechanical-magnetic coupling coefficient，mierosecond response and so on.Magnetostrictive materials have an immeasurable applied prospect in smart devices.A considerable coupling effect among mechanical field，magnetic field，thermal field，electrical field is therefore being a relevant concern in the applications of magnetostrietive devices.Motivated by the need to promote a more efficient design process and higher performance achievement of development of materials，devices and system designs.GMM is a kind of new type of functional material，which has been used to design and fabricate many intelligent devices such as active vibration absorbers，linear motors，micro-pumps，micro-valves，and micro- positioners etc. Terfenol-D than piezoceramic material has more superior performance. Key words：giant magnetostrictive material，working chracteristic，preparation technique,nonlinear，transducer，displacement actuator

10个特点来了解MTS磁致伸缩位移传感器原理说明

10个特点来了解MTS磁致伸缩位移传感器原理 说明 今天小编将介绍另一款传感器-磁致伸缩位移传感器，磁致伸缩位移传感器凭借着高精度、高可靠性和稳定性广泛应用于各个领域，它的工作原理是什么，它又有着怎样的特点呢？ MTS磁致伸缩位移传感器工作原理 MTS传感器的核心包括一条铁磁材料的测量感应元件，一般被称为“波导管”，一个可以移动的永磁铁，磁铁与波导管会产生一个纵向向的磁场。每当电流脉冲(即“询问信号”)由传感器电子头送出并通过波导管时，第二个磁场便由波导管的径向方面制造出来。 当这两个磁场在波导管相交的瞬间，波导管产生“磁致伸缩” 现像，一个应变脉冲即时产生。这个被称为“返回信号” 的脉冲以超声的速度从产生点(即位置测量点)运行回传感器电子头并被检测器检出来。准确的磁铁位置测量是由传感器电路的一个高速计时器对询问信号发出到返回信号到达的时间周期探测而计算出来，这个过程极为快速与无误。 MTS磁致伸缩位移传感器分类 1、磁悬浮位移传感器 磁悬浮位移传感器采用非接触式磁悬浮测量技术。此技术能提供高精準、直接和绝对值的位移输出。非接触式设计不但方便安装，而且能消除所有工作磨损而带来的误差。 2、油缸内置式磁致伸缩位移传感器 MTS磁致伸缩位移传感器采用非接触式超声波测量技术。能提供的线性和绝对值的位置测量。 铝成型外壳能配合两种形式的磁铁滑块进行非接触式测量。 (1)、直接取替电阻式电位器，而无须机械修改。 (2)、开放式导轨型外壳设计能减少因安装失误而损坏传感器。

MTS磁致伸缩位移传感器特点 1、安装方便 2、多种输出方式可供选择 3、使用寿命长 4、性能价格比高 5、结构精巧、环境适应性 6、具有输入电源反向极性保护功能 7、高精度、高稳定性、高可靠性 8、防浪涌、防射频干扰 9、内部非接触式测量 10、不需定期标定和维护

超磁致伸缩材料及其应用

超磁致伸缩材料及其应用 13新能源（01）班 张梦煌 1305201026 超磁致伸缩材料（GMM）是一种在室温和低磁场条件下，就能产生很大磁致伸缩应变的新型功能材料，具有输出力大、能量密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出应变大等优点，在智能系统中具有广泛的应用前景，其力学响应行为涉及变形场、磁场、涡流场、温度场相互耦合问题，直接关系到智能系统的性能指标和可靠运行。目前人们已经设计并制造出各种智能结构和器件，如:主动减振装置、高精度线性马达、超磁致伸缩微泵、微阀门、微定位装置等等，使得磁致伸缩材料在众多的功能材料中备受瞩目。超磁致伸缩材料Terfenol-D与压电陶瓷材料相比具有更优越的性能。 超磁致伸缩材料(giant magnetostrietive material，简写为GMM)是A.E.Clark 等人于70年代发现的，是一种新型的功能材料，它能有效地实现电能与机械能的相互转换。由于具有应变值大、电能一机械能转换效率高、能量传输密度大、高响应速度等特点，该材料已引起广泛的注意，并逐步开始应用于声纳、超声器件、微位移控制、机器人、流体器件中。表1.1给出了电磁场，变形场和温度场之间能量转换的不同效应。形状记忆合金和压电陶瓷都已在航空航天结构中被用于控制和制动。形状记忆合金非常适合用在高冲程量、低带宽的领域中，例如旋翼叶片的飞行追踪。而压电陶瓷适用于低冲程量、高带宽的情形，例如被安置在直升飞机的后缘襟翼上以降低较高的谐波振动。 磁致伸缩材料可以提供机械能和磁能之间的转化，其带宽在30KHz左右，低于电致伸缩材料和压电陶瓷，但高于形状记忆合金。在过去的几年中，能产生大于0.001应变的磁致仲缩材料受到广泛的关注，这主要是因为这种材料非常适合应用在一些需要较大驱动力和较小位移的领域，如可变形表面，主动振动控制和精确制造等等，在商业应用中也可以产生巨大的经济效益。磁致伸缩器件由于其独特的功能优势在许多危险工作条件和高温环境下性能出众，并且能够在低频磁场下调节应力和位移。相对于电致伸缩材料和压电陶瓷，磁致伸缩材料的优势

超磁致伸缩执行器

超磁致伸缩执行器 .1 超磁致伸缩材料的介绍 1.1 微机械的发展现状 随着科学技术研究向微小领域的深入，诞生了微W纳米科学与技术（Micro/Nano Science and Technology），以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造自然的一种高新技术。微机械是基于广泛的现代科学技术，并作为整个微/纳米科学技术的重要组成部分的一项崭新研究课题。其必须具备的基本要求是： ⑴体积小，精度高，重量轻； ⑵性能稳定，可靠性高； ⑶能耗低，灵敏度和工作效率高； ⑷多功能和智能化； ⑸适于大批量生产，制造成本低廉。 微机械发展很快，近几年，已成功开发出微驱动器、微传感器、微控制器等，并由这些不同的微机械器件集成许多具有精巧功能的集成机构IM（Integrated Mechansim）。相对完备的微电子机械系统MEMS逐渐形成，整个系统的尺寸可以缩小到几毫米甚至几百微米。如美国贝尔实验室开发出直径为400μm的齿轮，加州大学伯克利分校试制出直径为60μm的静电电机，直径为50μm的旋转关节，以及齿轮驱动的滑块和灵敏弹簧，美国斯坦福大学研制出直径20μm，长度150μm 的铰链连杆机构，210μm×100μm的滑块机构，转子直径200μm的静电电机和流量为20ml/min的液体泵，日本东京大学工业研究院研制成1cm3大小的爬坡微型机械装置。 我国许多高校和研究所也取得不少进展。如上海冶金研究所研制出直径为400μm的多晶硅齿轮、气动涡轮和微静电电机等。这些微型机械不少已有具体的应用。MEMS的研究和开发正得到世界各发达国家的广泛重视，尤其是集微机械、微电子等综合技术为一体的微机器人，由于其在工业、生物医学、军事和科研等领域的广泛应用前景而倍受青睐，随着智能

电致、磁致伸缩材料功能及应用

二谈电致、磁致伸缩材料功能及应用 一、电致伸缩材料 在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变，称为电致伸缩。这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。其特征是应变的正负与外电场方向无关。在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。电介质在电场作用下发生弹性形变的现象。是压电效应的逆效应。因电介质分子在电场中发生极化，沿电场方向排列的分子相互吸引而引起。当场强大小发生周期性变化时，能引起材料沿电场方向发生振动。若在电介质材料(如钛酸钡等)两端所加交变电压的频率与材料的固有频率相同时，材料将发生共振。 （1）电致伸缩效应与压电效应 电致伸缩效应也是一种基本的机—电耦合效应，但是对它的实研究开展得较迟，因为电致伸缩是个二次效应，通常由其产生的形变非常小，给实验带来了困难，因此人们对它不太熟悉。 众所周知，电介质晶体在外电场作用下应变与电场的一般关系式 =?+??式中，第一项表示逆压电效应;d为压电系为: S d E M E E 数，第二项表示电致伸缩效应;M为电极伸缩系数，它是由电场诱导极化而引起的形变与电场平方成正比。逆压电效应仅在无对称中心晶

体中才有;而电致伸缩效应则为所有电介质晶体都有，不过一般说来它是很微弱的。压电单晶如石英、罗息盐等它们的压电系数比电致伸缩系数大几个数量级，结果在低于IMV/m的电场作用下只看到第一项的作用，即表现为压电效应。 在一般铁电陶瓷中，电致伸缩系数比压电系数大，在没有极化前虽然单个晶粒具有自发极化但它们总体不表现净的压电性。在极化过程中净的极化强度被冻结(即剩余极化)并产生一个很强的内电场，如BaTIO。陶瓷净的剩余极化产生一个27MV/m的内电场，这样高的内电场起了电致伸缩效应的偏压作用，因此极化后陶瓷在弱外电场作用下产生宏观线性压电效应。一般铁电陶瓷的电场与应变曲线呈蝴蝶形而不表现出电致伸缩效应的二次方曲线。如图1所示。 但是，只要有这样一些铁电陶瓷室温刚好高于它的居里点，不具有自发极化、没有压电性，介电常数又很高在外电场作用下能被强烈地感应极化伴随产生相当大的形变，就有可能表现出纯的大电致伸缩效应呈现出抛物线形的电场—应变曲线。

磁致伸缩线性位移传感器

磁致伸缩线性位移传感器 一、概述 磁致伸缩线性位移（液位）变送器（简称磁尺），是采用磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移变送器。不但可以测量运动物体的直线位移，同时给出运动物体的位置和速度模拟信号或液位信号，根据输出信号的不同，分为模拟式和数字式两种。灵活的供电方式和极为方便的多种接线方法和多种输出形式可满足各种测量、控制、检测的要求；由于采用非接触测量方式，避免了部件互相接触而造成磨擦或磨损，因此很适合应用于环境恶劣、不需定期维护的系统工程或场合。不仅仅是传感器的性能优良，更重要的是工作寿命长、良好的环境适应性、可靠性、能有效和稳定的工作，与导电橡胶位移传感器、磁栅位移传感器、电阻式位移传感器等产品相比有明显的优势。而且安装、调试方便，再加上有极高的性能价格比；及时周到的售后服务，足可让用户更加放心地使用。 二、工作原理 磁致伸缩线性位移（液位）变送器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的磁环（浮球）组成。测杆内装有磁致伸缩线（波导丝）。工作时，由电子仓内的电子电路产生一起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场。当这个磁场与磁环（浮球）中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，产生扭动脉冲（或称“返回”脉冲）。这一扭动脉冲被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两脉冲起始和返回之间的时间差，即可精确测出被测的位置和位移。 三、安装 安装前注意事项 认真阅读全部安装说明,防止安装的环境温度、冲击、振动及压力超出传感器的允许范围；不可使测杆弯曲；切勿使变送器的电子部件端或最末端承受大的冲击；传感器不可用于有化学反应或其它对传感器有损害的易燃、易爆、腐蚀、蒸气和液体等场合；传感器的电子部件防溅但不可浸没，切不可让液体浸至六方形基座上方。安装完毕，应对测杆进行保护处理。 安装方法 （1）有附件时的安装方法 对测量范围小于是1000mm的传感器，建议选用MK-1安装附件；大于1000mm的，选用MK—2安装附件。 1．用传感器支架将传感器卡住，并用锁紧螺母将支架固定在传感器的螺纹上。 2．将开口磁环用两个防松垫圈#6和两个专用螺钉M3×12固定在磁环支架上，当将磁环装在测杆时，螺钉头部应朝向六方基座侧；磁环应尽量与测杆同心且无接触，但

磁致伸缩材料在功能材料中的应用

磁致伸缩材料在功能材料中的应用 摘要：磁致伸缩材料是一种重要的功能材料，当改变外磁场时磁致伸缩材料的长度及体积均会发生变化，反之当材料发生变形或受力时材料内部的磁场也会随之发生变化。它具有电磁能和机械能相互转换的功能，是声呐换能器的重要材料，在大桥桥梁减震、油井探测、海洋探测与开发、高精度数字机床、微位移传感器、高保真音响等方面有着广泛的用途。 关键字：磁致伸缩材料，功能材料 1.特性 磁致伸缩材料(图1)的重要特点是具有磁致伸缩效应——即磁体在外磁场中被磁化时，其长度及体积均发生变化的现象[1]，它由焦尔发现，所以又称焦尔效应。稍后，维拉里又发现了磁致伸缩的逆效应，即铁磁体在发生变形或受到应力的作用时会引起材料磁场发生变化的现象，这种现象也称为铁磁体的压磁现象。磁致伸缩效应可分为线磁致伸缩和体积磁致伸缩，其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩。在绝大部分磁性体中，体积磁致伸缩很小，实际的用途也很少，因此大量的研究工作和磁致伸缩材料的应用主要集中在线磁致伸缩领域，因而通常讨论的磁致伸缩是指线磁致伸缩。使用材料长度的变化量与原长度的比值λ，也就是磁致伸缩系数来表示磁致伸缩量的大小，它的单位是ppm(10-6)，即百万分之一，伸缩范围通常为几十到几千ppm。磁致伸缩量虽然用肉眼无法观察到，但却在换能器和传感器上有着强大的用途。图2是磁致伸缩示意图。 图1 磁致伸缩材料 图2 磁致伸缩示意图 2.分类 自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：(1)传统磁致伸缩材料，包括磁致伸缩的镍基合金、铁基合金和铁氧体，其磁致伸缩系数λ值较小，使得它们没有得到推广应用；(2)20世纪末发展的以Tb-Dy-Fe和SmFe材料为代表的稀土金属间化合物超磁

超磁致伸缩材料及其应用研究_李松涛

超磁致伸缩材料及其应用研究 ＊ 李松涛 孟凡斌 刘何燕 陈贵峰 沈　俊 李养贤 (河北工业大学材料科学与工程学院　天津　300130) 摘　要 稀土超磁致伸缩材料是一种新型稀土功能材料.文章概述了超磁致伸缩材料(GMM )的研究历史;对比了一种实用的超磁致伸缩材料(Terfenol -D )和压电陶瓷材料(PZT )的性能;阐述了超磁致伸缩材料当前在以下两个方面取得的研究进展:(1)关于工艺方法的研究:包括直拉法、区熔法、布里奇曼法和粉末烧结、粘结等方法;(2)关于材料组分的研究:包括对Fe 原子的替代研究以及开发轻稀土超磁致伸缩材料的研究.文章最后叙述了超磁致伸缩材料的应用领域,以及发展我国稀土超磁致伸缩材料的意义.关键词 超磁致伸缩,稀土金属间化合物 Giant magnetostrictive materials and their application LI Song -Tao MENG Fan -Bin LI U He -Yan CHEN Gui -Feng SHEN Jun LI Yang -Xian (Scho o l o f M ate rial Sci enc e &Engi nee rin g ,He bei Uni ver sit y of Tech no lo gy ,Tian jin 300130,C hin a ) Abstract Rar e -earth giant magnetostrictive materials (GMM )are a type of ne w functional mater ials .A br ief de -scription is given of the histor y of giant magnetostrictive materials ;and their char acteristics are compared with those of piezoelectr ic mater ials .Curr ent research developments are descr ibed ,in particular :(1)fabrication technology ,in -cludingthe Czochraski ,FSZ ,Bridgman ,po wder -sintering and powder -bonding methods ;(2)c omposition studies of GMM ,including the substitution for Fe in RFe 2and exploitation of light rare -earth GMM .Applications and the impor -tance of GMM researc h in China are r eviewed . Key words giant magnetostr iction ,rar e -earth -transition inter metallics ＊　国家自然科学基金(批准号:50271023)和教育部科学重点 (批准号:02017)资助项目 2004-03-23收到初稿,2004-06-07修回 通讯联系人.E -mail :ad mat @js mail .h eb ut .edu .cn 1　磁致伸缩效应简介 1842年,焦耳(Joule )发现沿轴向磁化的铁棒,长度会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应,又称为焦耳效应[1],从广义讲包括顺磁体、抗磁体、铁磁体以及亚铁磁体在内的所有磁性材料都具有磁致伸缩性质.但是顺磁体、抗磁体材料的磁致伸缩值很小,实际应用价值不大;而对于部分铁磁性及亚铁磁性材料,磁致伸缩值较大,数量级可以达到103ppm ,具有很高的实用价值,引起研究人员的重视. 磁致伸缩材料的应用主要涉及到以下几种效应: (1)磁致伸缩效应(焦耳效应):材料在磁化状态改变时,自身尺寸发生相应变化的一种现象.磁致伸缩有线磁致伸缩(长度变化)和体磁致伸缩 (体积变化)之分,其中线磁致伸缩效应明显,用途广,故一般提到的磁致伸缩都是指线磁致伸缩. (2)磁致伸缩的逆效应(Villari 效应):对铁磁体材料施加压力或张力(拉力),材料在长度发生变化的同时,内部的磁化状态也随之改变的现象.(3)威德曼效应(Wiedemann )效应:在被磁化了的铁磁体棒材中通电流时,棒材沿轴向发生扭曲的现象. (4)威德曼效应的逆效应(Matteucci 效应):将铁磁体棒材绕轴扭转,并沿棒材的轴向施加交变磁场时,沿棒材的圆周方向会产生交变磁场的现象.

超磁致伸缩材料项目投资分析计划书

超磁致伸缩材料项目投资分析计划书 规划设计 / 投资分析

摘要说明— 超导体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象。在超导材料中添加稀土可以使超导现象更加容易实现。 当某种材料在低于某一温度时，出现电阻为零的现象即超导现象，该温度即是临界温度（Tc）。超导体是一种抗磁体，低于临界温度时，超导体排斥任何试图施加于它的磁场，这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高，一般可达70～90K，从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用，这就大大地推动了超导材料的研制和应用的发展。 超导现象是1911年由一位荷兰物理学家首先发现的，当水银温度降低到43K时，水银便失去了电阻。随后超导体的研究开发一直在进行，到1973年，科学家们制得一种铌锗合金，其临界温度是23.3K。1986年发现一些新的超导体，超导研究也因此取得了突破性进展，当时发现一种镧钡铜氧陶瓷，其临界温度为35K。1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上，大大超过了氮的沸点（77K）。新型稀土高温材料可以在液氮温度下工作。 人们预测，到本世纪末高温超导体将是稀土非常大的潜在市场。稀土超导体可用于采矿、电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源等许多领域。80年代中期发现高温超导材料曾在世界范围掀起研究热潮。进入90年代，

随着人们对高温超导材料认识的逐步加深，研究工作进入提高阶段，虽然从事超导研究的人员和发表的文章的数量减了下来，但各国对超导研究的投入并未减少。在这一背景下，我国超导研究也经历了适当缩小规模、突出重点和更加明确加强应用的变化过程。自在Y-Ba-Cu-O超导体研究方面取得重大突破以来，超导研究正在向实用化方向发展。总之，稀土在超导材料中的应用将越来越广泛，发展前途十分广阔。 该超磁致伸缩材料项目计划总投资19320.02万元，其中：固定资产投资14193.36万元，占项目总投资的73.46%；流动资金5126.66万元，占项目总投资的26.54%。 达产年营业收入49287.00万元，总成本费用37707.71万元，税金及附加410.19万元，利润总额11579.29万元，利税总额13586.62万元，税后净利润8684.47万元，达产年纳税总额4902.15万元；达产年投资利润率59.93%，投资利税率70.32%，投资回报率44.95%，全部投资回收期 3.72年，提供就业职位967个。 本报告所描述的投资预算及财务收益预评估均以《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》为标准进行测算形成，是基于一个动态的环境和对未来预测的不确定性，因此，可能会因时间或其他因素的变化而导致与未来发生的事实不完全一致，所以，相关的预测将会随之而有所调整，敬请接受本报告的各方关注以项目承办单位名义就同一主题所出具的相关后

超磁致伸缩材料研究现状

超磁致伸缩材料研究现状 超磁致伸缩材料Terfenol-D是本文研究中应用的重要材料，有必要介绍一下，尤其关于材料在本文研究中的本构关系。 1.1 超磁致伸缩材料介绍 超磁致伸缩材料是基于铁磁材料在磁场下产生磁致伸缩的一种性能十分优异的智能材料，他的独特性主要来源于显著的的伸长率（100-1000倍）和高能量密度（10-50倍）。第一次由 A.E.Clarck等人在常温下研制出超磁致伸缩材料Td x Dy1-ХFe2[41,42,43]（也被成为Terfenol-D），最初阶段材料在磁力学特性上重复率低、造价高、不清楚的操作条件限制了其在实际设备上的应用发展,随着制造技术的发展以及大量学者的广泛研究[44]，其优越的性能越来越显著，广泛应用于各类作动器、传感器、换能器[45,46]。 表2-1 Terfenol-D、Ni、PZT性能比较 性能参数Terfenol-D Ni PZT 饱和磁致伸缩系数10-61500～2000 -40～-35 100～600 机电耦合因数0.7～0.75 0.16～0.3 0.45～0.72 能量密度（KJ/m3）14～25 0.03 0.65～1.0 能量转换效率﹪49～56 9 23～52 响应时间10-6s ＜1.0 10 密度（kg/m3）9250 8900 7490 声速（m/s）1640～1940 4950 3130 相对磁导率3～10 60 居里温度/℃380～387 ＞500 130～400 应力输出（Mpa）30 1 15 为了比较，在表2-1[44,47,48,49]列举了超磁致伸缩材料的基本物理性质和压电材料PZT及镍的性质。很容易可以看出，与PZT相比超磁致伸缩材料展现出10倍到20倍的位移，15倍到25倍的能量密度，10倍以上的响应时间。如今，超磁致伸缩材料具体的优势有：高磁弹性、磁针伸缩量大、通过控制成分可选择的正负磁致伸缩、居里温度高、对于疲劳失效有非常低的磁化系数、通过磁场的非接触驱动、低电压驱动、高能量密度、较小磁滞、快速响应、可控的温度特性、频率特性好、磁机转换效率高、输出应力大[44,47,50,51,52]。当然超磁致伸缩材料也有他的劣势，比如：磁场驱动的必要性、由线圈产生焦耳热、高频涡流损耗、耐腐蚀性差、价格昂贵[12,44,53]。

磁致伸缩液位计工作原理

磁致伸缩液位计工作原理 液位变送器由三个主要部分组成。外管部分是耐腐蚀，耐工业恶劣环境的产品材料。变送器的核心部分是最内核的波导管，它是由一定的磁致伸缩物质构成。变送器的电子部分产生一个低电流的询问脉冲，该脉冲同时产生一个磁场，并沿波导管向下传播。当该磁场和波导管上的浮子内的永磁体所产生的磁场相交时，就会产生一个应变脉冲，或叫波导扭曲。应变脉冲沿波导管返回并被电子单元所接收，通过精确测量询问脉冲和返回脉冲之间的时间间隔，可获得高精度、高重复性的液位值。 磁性浮子液位计原理 液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。 油罐液位仪表的设计及应用 一、概述 （一）油品计量的现状 洛阳石化总厂油品罐区（包括原料油罐、成品油罐和中间原料油罐共18个罐区约108台油罐）自动化水平较低，油罐的检测仪表比较落后，大部分是80年代建厂时安装的钢带液位计及其换代产品光导液位计。该类仪表传动部件较多，容易发生故障，且检测精度较低，现有仪表的控制水平越来越不能满足现代化生产管理的需要，随着仪表技术的发展及储罐计量要求的提高，更换一批精度高、性能稳定的罐区检测仪表是非常必要的，本文对油罐液位仪表的使用情况及设计选型中的考虑要点作简要介绍。 （二）油品储罐（简称油罐）计量 油品储罐（简称油罐）计量的目的储罐计量指对大型储罐内储存液量进行测量，从而获得储罐库存量。通过储罐计量得到库存量是一个企业掌握库存资料以便指导生产和销售的重要管理项目，因此，对库存量的测量精度和重现性要求较高。 购进原料和输转产品往往也可以实现储罐计量，炼油厂内的半成品中间罐区对储罐计量精度要求不高，但测量的可靠性及重现性却非常重要。不管是原料罐、成品罐或中间罐，由于储罐泄漏或油气排放导致的环境污染及经济损失都是需要避免的，所以必须要有可靠而稳定的储罐计量测量系统。 根据油罐液位的测量原理，可分为两大类，一类为直接测量高度法，另一类为压强法。直接测量高度法主要是依靠下述方法或仪表来完成油罐液位测量，如人工检测尺测量、浮子钢带测量、伺服式液位计、雷达液位计、超声波液位计、电容式液位计、磁致伸缩液位计等。基于压强法测量原理的测量系统主要有静压式测量液位系统、称重仪等。 二、各种液位计的特点

国内外超磁致伸缩材料及作动器的

科技信息 1.超磁致伸缩材料的特点与应用 1.1超磁致伸缩材料的特点 磁致伸缩材料主要有三大类：磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致 伸缩材料和稀土金属间化合物磁致伸缩材料。前两种称为传统磁致伸 缩材料，其磁致伸缩应变过小，没有推广应用价值。而稀土金属间化合物磁致伸缩材料也称为稀土超磁致伸缩材料。与其他智能材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有以下特点：应力负载大（可达700MPa）、能量转换率高（机电耦合系数可达0.75）、温度适应范围宽（小于200℃）、响应快（微秒级）、驱动电压低（小于30V）等。另外具有频率特性好，工作频带宽；稳定性好，无疲劳，无过热失效等优点。因此有专家认为，稀土超磁致伸缩材料可广泛应用到机械、电子、航天、农业等其他领域,是21世纪的战略材料。 1.2超磁致伸缩材料的应用分析 迄今已有1000多种超磁致伸缩材料器件问世，应用面涉及航空航天、国防军工、电子、机械、石油、纺织、农业等诸多领域，大大促进了相关产业的技术进步。超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔的应用前景，国外已用超磁致伸缩材料来制造出超大功率的超声波换能器。日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统和海洋气候声学温度测量系统的水声发射换能器，可用于测量海水温度和海流的分布图。德国材料研究所已将超磁致伸缩薄膜材料应用于微型泵的研究之中。 随科技发展的日新月异，超磁致伸缩材料的重要性必将越来越突出，应用也将更广泛。预计未来超磁致伸缩材料的应用领域包括航空航天、超精密机械加工、海洋工程、汽车制造、石油产业等。 1.3超磁致伸缩材料在我国的研究与应用 在国内，北京钢铁研究总院于1991年率先制备出GMM棒材，此后又开展了低频水声换能器、光纤电流检测、大功率超声焊接换能器等的研究。北京科技大学采用具有自主知识产权的一步法工艺和设备生产稀土超磁致伸缩材料,减少了过程污染,杂质和氧含量低,合金成分控制准确,提高了材料的性能和产品的一致性；同时易于实现自动化控制,生产效率比传统工艺提高了100-150倍,成本大大降低。稀土冶金及功能材料国家工程研究中心研究的材料水平已接近国际先进水平并可小批量生产,另外还开发了廉价Terfenol-D生产亦达到实用水平。研究开发的大功率换能器及电磁阀取得初步结果。北京工商大学把超磁致伸缩材料用于电机技术，研制了超磁致伸缩谐波电机。 刘福贵等对超磁致伸缩力传感器进行了研究，建立了磁致伸缩力传感器输入输出关系的磁-机械强耦合模型,测试了超磁致伸缩棒材的磁致伸缩逆效应特性,设计了超磁致伸缩力传感器的结构,研制并制作了超磁致伸缩压力传感器的实验测试装置,对超磁致伸缩力传感器的输入-输出特性进行了实验研究。 李国平等为减少车削过程中车刀产生的振动对工件加工精度的影响,开发了一种车削振动控制系统。研究了超磁致伸缩执行器(GMA)和专用刀架的工作原理,并分别建立了它们的传递函数模型。根据人工免疫原理,设计了一种免疫PID控制器,并在数控(CNC)车床上进行了现场实验测试,结果证明该系统能很好地抑制车削加工时产生的振动干扰。李小鹏等针对汽车减震问题展开研究，综合考虑了汽车车身的固有振动特性，提出并设计了基于超磁致原理的汽车用磁控悬架方案,突破了以往汽车减振的工作模式,将超磁致伸缩材料同汽车工程有机结合起来。 2.国外超磁致伸缩作动器的发展 2.1超磁致伸缩直线作动器的研究 近几十年来超磁致伸缩作动器的研制与开发引起了国际上的极大关注。上世纪末，德国柏林大学Kiese Wetter教授利用超磁致伸缩材料棒制作了一种尺蠖式作动器，这是世界上第一台超磁致伸缩驱动器，已在造纸工业中进行商业化应用。该驱动器定子采用管状非磁性材料，当移动线圈通入电流且未知发生变化时，超磁致伸缩棒运动部分分别在纵向和径向上产生磁致伸缩变化，像虫子一样蠕动前进。它的最大驱动力可达到1000N，速度可达0.2m/s。Musoke等利用尺蠖原理和多相激励设计了一种大推力的直线电机，推力可达17N。 图1是Clark.A.E设计的尺蠖型直线电机。该电机的驱动机构两端各自装有一个闸片，当施加交变磁场时，电机的单步小位移将不断累加成为长行程的线性运动。 图1Clark提出的直线电机 2009年，Kim Won-jong等人发表了一种振动型超磁致伸缩直线电机，见图2。 图2Kim Won-jong提出的超磁致伸缩直线电机其主要性能参数：最大输出力410N，有效行程45mm。利用线圈（coils）产生磁场，该磁场为通过活动元件（active element）的运动磁场（magnetic field），当在定子（stator）与活动元件之间施加适当的预压力时，活动元件将做直线运动，运动的方向与磁场运动方向相反。该电机功率90W时，可产生410N推力，行程达45mm。 2.2超磁致伸缩旋转作动器的研究 1991年，美国的Vranish采用超磁致伸缩材料,利用Kiesewetter电机的原理开发出了转动式的步进马达。它的扭矩输出达12.2N·m，精度高达800μrad。 匹兹堡州立大学研究了一种新型超磁致伸缩旋转电机，该电机利用两个超磁致驱动器在两个相位差90°的正弦信号激励下能在定子中产生转动，再利用摩擦力带动转子运动，电机结构图如图1所示。 图3匹兹堡州立大学磁致伸缩旋转电机 2.3超磁致伸缩阀的研究 S.Karunanidhi等把超磁致作动器与放大机构结合起来用于高动伺服阀,实验研究发现该阀的响应快于传统伺服阀。 图4具有机械放大结构的超磁致伸缩作动器 3.超磁致伸缩作动器在国内的发展 3.1超磁致伸缩微位移作动器 贾振元等建立了执行器的微位移传递机构、磁路、驱动线圈及其冷却等几个关键部分的数学模型,并提出其设计理论和方法，同时研制了超磁致伸缩微位移执行器样机。浦军等基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性设计了一种用于微位移驱动的致动器，分析了致动器工作磁场的组成,计算了线圈的工作电流,并以此为依据设计了稳流电源。张磊等设计了一种微位移作动器，该作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响 国内外超磁致伸缩材料及作动器的研究 盐城工学院詹月林陈西府 ［摘要］超磁致伸缩作动器具有推力强、反应快和分辨率高等特点,在精密定位、精密驱动、机器人、微型阀等领域展现了广阔的应用 前景。本文在介绍超磁致伸缩材料及其应用的基础上，分析了国内外超磁致伸缩作动器的研究动态、应用状况等，并对几类超磁致 伸缩作动器的原理、结构进行了阐述。最后提出了超磁致伸缩作动器的四个研究方向。 ［关键词］超磁致伸缩材料作动器电机 执行器 （下转第164页） — —163