超磁致伸缩材料在加速度传感技术中应用.pdfVIP

第十四届学术年会论文集 超磁致伸缩材料在加速度传感技术中的应用木 闫荣格，赵宏宇。侯淑萍， 高少杰，颜威利 (河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室，天津300130) 摘要：提出了超磁致伸缩材料的新应用：利用其磁致伸缩逆效应制作加速度传感器。通过敏感质量块 将加速度转换为作用于超磁致伸缩材料上的应力，进而利用感应线圈变换成电量输出。测试了超磁致伸缩材 料的特性，给出了加速度传感器的结构，分析了传感器的输出电压幅值与感应线圈的匝数和截面积、质量块的 质量、超磁致伸缩棒的截面积、加速度的幅值和角频率有关，其中与感应线圈的匝数和截面积、质量块的质量、 加速度的幅值和角频率成正比，而与超磁致伸缩棒的截面积成反比。 关键词：稀土铁超磁致伸缩材料；磁致伸缩逆效应；加速度传感器 中图分类号：TM2文献标识码：A 恶劣工作环境，对运行条件要求低的优点，很适合 0 引 言 在马达和精密仪器的阻尼减震系统、地震监测、建 加速度传感器在惯性稳定、惯性导航、惯性制 筑的防震装置、航空航天领域中飞机智能结构上 导等领域占有重要的地位，而且还广泛应用于铁 的冲击振动在线检测以及重工业、化学工业等部 路建筑、大地测量、地震监测、机器人、导弹、坦克、 门应用【6J。而目前国内外关于超磁致伸缩加速 舰船等的姿态参考系统和地面雷达的测控系统。 度传感器的研究总体上仍处于起步发展阶段，缺 如在过去的十年中，美国虽然由于汽车数量增加 乏必要的设计理论分析限制了这种器件的发展。 车祸的数量增加了75％，而车祸死亡率却减少了 1 超磁致伸缩材料特性的测试 50％，这与加速度传感器在汽车中的应用有很大 的关系。因此，对加速度传感技术的研究受到各 超磁致伸缩加速度传感器必须在偏置磁场 国的重视。 (通常称为工作点)下工作，因此选择工作点是设 随着科学技术的迅猛发展，人们研制出了许 计超磁致伸缩加速度传感器首先遇到的问题，工 多新型功能材料，超磁致伸缩材料就是一种新型 作点选择不当，就会影响研制的加速度传感器的 高效的磁能一机械能转换材料，具有应变大、能量 灵敏度和线性度，不能很好发挥超磁致伸缩材料 密度高、机电耦合系数大、响应速度快、输出力大 的性能。本文首先测试了超磁致伸缩材料在不同 等优点。它对现代工业技术进步起着巨大的推动 压应力下的磁特性与磁场的变化关系，以确定材 作用，已经成为世界各国科学家们争相探索和研 料的最佳偏置磁场范围。 究的热点领域之一。 利用本课题组与中国科学院物理共同研制的 在一定的磁场中，当给稀土-铁系超磁致伸缩 我国第一台多参数磁测量系统对国产超磁致伸缩 X24 材料轴向施加一定的压应力时，其磁感应强度发 棒咖8 rflm在不同压应力下的相对磁导率与 生变化的磁致伸缩逆效应现象，称作磁致伸缩逆 磁场强度曲线进行了测量，如图l所示。从中可 效应。应用该现象可以制作各种冲击、振动和加 以看出超磁致伸缩材料的磁特性具有如下特征： 速度传感器等¨引。由于超磁致伸缩材料具有高 (1)超磁致伸缩材料的相对磁导率较低，漏 抗压强度(压缩屈服应力高达700MPa)、高应变、 磁严重，实际应用时要注意防止漏磁。 高反应速度、高灵敏度、使用条件宽等优点，因此 (2)当磁场较小时，超磁致伸缩材料的相