Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析-农业机械学报.PDF

２０１５年５月 农 业 机 械 学 报 第４６卷 第５期 ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１５．０５．０４８ ＦｅＧａ合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析 １ ２ １ ２ 舒　亮　李　传 　吴桂初　陈定方 （１．温州大学浙江省低压电器智能技术重点实验室，温州３２５０３５； ２．武汉理工大学智能制造与控制研究所，武汉４３００６３） 摘要：磁致伸缩力传感器依靠材料磁化强度的改变来表征外部力载荷的大小，研究了基于ＦｅＧａ合金磁致伸缩逆 效应的力传感模型，采用三维有限元方法对力传感磁路进行了优化与设计。为了研究不同磁场和负载对材料磁化 强度的影响，以均质能量公式为基础，在均质能量公式中引入以应力和磁场为自变量的吉布斯自由能函数，建立了 描述合金磁化强度随应力变化关系的模型。为对模型进行验证，建立了一套磁致伸缩力传感特性测试系统，分别 对ＦｅＧａ合金和ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ力传感特性进行测试与对比，验证试验表明所建立的模型可以较好预测磁化强度的变 化，并且可以预测偏置磁场的影响。在ＦｅＧａ合金与ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ的对比试验中发现，ＦｅＧａ合金对偏置磁场更为敏 感，并且磁滞非线性较ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ更小，由于无退火应力，ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ在偏置较低时出现负方向的磁化强度。 关键词：磁致伸缩　ＦｅＧａ合金　ＴｅｒｆｅｎｏｌＤ　力传感　磁化模型 中图分类号：ＴＨ８２３；ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１５）０５０３４４０６ ＭａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｏｆＦｅＧａＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅＦｏｒｃｅ ＳｅｎｓｏｒａｎｄＩｔｓＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ １ ２ １ ２ ＳｈｕＬｉａｎｇ　ＬｉＣｈｕａｎ　ＷｕＧｕｉｃｈｕ　ＣｈｅｎＤｉｎｇｆａｎｇ （１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＬｏｗｖｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓＩｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＺｈｅｊｉａｎｇ，ＷｅｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｅｎｚｈｏｕ３２５０３５，Ｃｈｉｎａ ２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆａｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄｏｎＦｅＧａａｌｌｏｙ． Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｔｈｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｉｔｈ３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔｔｈｅｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｅｃａｍｅｌｉｎｅａｒｗｈｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｔｈｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｉａｓｅｄｆｉｅｌｄａｎｄｌｏａｄｅｄｓｔｒｅｓｓｏｎｍａｔｅｒｉａｌｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｅｎｅｒｇｙｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｔａｋｅｎａｓｔｈｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｖａｒｉａｂｌｅｓｉｎｔｈｅＧｉｂｂｓｆｒｅｅｅｎｅｒｇｙｆｏｒｍｕｌａｔｈｕｓｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｕｌｄｒｅｓｐｏｎｄｔｏｂｏｔｈｆｉｅｌｄａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ．ＴｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｏｌｖｅｄｕｓｉｎｇＮｅｗｔｏｎｓｉｔｅｒａｔ