电致、磁致伸缩材料功能及应用
第8章超磁致伸缩材料及其智能化应用-石雅莹
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7
第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
立方晶系和六方晶系对称的磁致伸缩模式
4
第8章 超磁致伸缩材料及其智能化应用
8.1.2磁致伸缩系数
◆磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数表示。
线磁致伸缩系数， 以 表示。 l / l
体积磁致伸缩系数，以 表示。 /
S11 S22 S33
◆沿不同方向测量出的不同。有纵向磁致伸缩系数和横 向磁致伸缩系数
• 4)非晶RFe2化合物的磁晶各向异性
成分为RFe2的溅射非晶态合金在结构和磁性方面与晶态合金不同。其居 里温度在室温以下直到400 K。这些合金最突出的特点是在低温时矫顽力大。 这是由于磁晶各向异性大和没有晶体结构两个因素共同造成的。在4K时，由 非晶TbFe2计算的最大磁能积为2.35EA／m，这与钐钴合金测得的最大值差不 多。虽然内禀磁晶各向异性可以持续到室温，但热能太高以至于无法阻止磁 化反转。因此，室温下矫顽力只有7.96 kA／m。
8.2.3稀土超磁致伸缩材料制备和组织结构
•
Terfenol-D材料的性能与其制备工艺、成分和微观结
构密切相关。不同制备工艺得到的材料的性能可以相差甚
远。
• 超磁致伸缩材料Terfenol-D主要有两种成分，即 Tb0.27Dy0.73Fex
稀土超磁致伸缩材料介绍及应用
稀土超磁致伸缩材料在居里点温度以下时，铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生微小的变化，这种现象称之为磁致伸缩效应，长度的变化是1842年由焦耳发现致伸缩材料是近期发展起来的一种新型稀土功能材料。
它具有电磁能与机械能或声能相互转换功能。
“稀土超磁致伸缩材料”是当今世界最新型的磁致缩功能材料,是一种高效的Tb-Dy-Fe 合金。
它在低磁场驱动下产生的应变值高达1500—2000ppm，是传统的磁致伸缩材料如压电陶瓷的5—8 倍、镍基材料的40—50 倍，因此被称之为“超磁致伸缩材料”。
“稀土超磁致伸缩材料”产生的应力大、能量密度高，可瞬间响应，并且具有可靠性高、居里温度高等优点，而且还是一种环保型材料；其所具有的卓越的电磁能与机械能或声能转换性能，是传统的磁致伸缩材料所无法比拟的。
“稀土超磁致伸缩材料”可广泛应用于众多行业的科学研究与生产制造领域，从军工、航空、海洋船舶、石油地质，到汽车、电子、光学仪器、机械制造，再到办公设备、家用电器、医疗器械与食品工业，无处没有它大显身手的机会。
在国防、航空航天和高技术领域：如声纳与水声对抗换能器、线性马达、微位移驱动（如飞机机翼和机器人的自动调控系统）、噪声与振动控制系统、海洋勘探与水下通讯、超声技术（医疗、化工、制药、焊接等）、燃油喷射系统等领域，有广阔的应用前景。
“稀土超磁致伸缩材料”对生产技术与生产工艺的要求极高，目前只有少数几个国家的个别企业能够生产。
由三个组元组成（Tbl －xDyx）Fey（X＝0．27~0．40，Y＝1．90~2．0）在较低磁场下具有很高磁致伸缩应变λ的合金，如Tbo0．3Dy0．7Fe1．95 首先于20 世纪70 年代初由美国海军表面武器实验室的A．C．Clark 博士等人发明，当即他们申请了美国专利。
美国海军表面武器实验室于1987 年将该专利技术转让给美国阿依华州 A mes 市的前沿技术公司创建了专门生产稀土超磁致伸缩材料的E trema INC 分公司。
超磁致伸缩材料及其应用
超磁致伸缩材料及其应用一、超磁致伸缩材料基本概况1．研究背景20世纪80年代,人们提出智能材料的概念以来,有关智能材料的机理研究、智能材料的制备研究以及以智能材料为基础的智能系统与结构的基础与应用研究已成为当前力学、物理、材料、电子、机械及信息等学界的重大基础及应用课题,并已取得了大量卓有成效的研究,形成了"智能系统科学与技术"这一新兴的多学科交叉的高技术领域。
它不仅用在国防和航空航天等高技术领域,而且在民用工业及生产活动中也发挥着重要的作用。
智能材料系统与结构中智能材料是关键,它是一种能通过系统调节材料自身各种功能并对外界复杂环境条件发生变化做出反应而发挥主动功能作用的材料,即具有感知环境变化和对外部环境做出反应的能力。
其中,一类是对外界的刺激强度具有感知,如应力、应变、热、光、电、磁、化学和辐射等;一类是对外界环境条件发生变化做出响应。
它们可以和控制电路、接口电路、数据通信及电源系统于一体,实现能量之间的转换,制作出各种各样的传感功能和执行功能的智能器件。
目前,智能材料具有驱动功能作用的主要有压电材料、电致伸缩材料、形状记忆合金材料、磁致伸缩材料和电(磁)流变液等。
表1.1所示为几种智能材料基本性能。
表1.1 几种常用功能材料基本性能指标超磁致伸缩材料作为一种新型智能材料,其优良的磁致伸缩特性及潜在的应用前景在高技术领域得到普遍的重视,成为智能材料及其应用设计中的一种重要单元。
2.超磁致伸缩的发展1842年著名物理学家焦耳首先发现:在磁场中,铁磁材料由于磁化状态的改变会引起其长度或体积发生微小变化，这种现象就称为磁致伸缩，也称焦耳效应。
其中，材料在磁化过程中伴有晶格的自发变形，会沿磁化方向发生伸长或缩短的现象，称为线磁致伸缩;体积发生膨胀或收缩的现象称为体积磁致伸缩。
一般的，由于体积磁致伸缩发生在材料达到饱和磁化以后，且体积磁致伸缩比线磁致伸缩要微弱得多，实际用途又非常少，在测量和研究中考虑得很少，因此工程上的磁致伸缩均指线磁致伸缩。
磁致伸缩材料的应用课件PPT
场影响，导致宏观尺度上材料的形变。
磁致伸缩的微观机制
02
包括电子自旋磁矩的重新排列、原子或分子的振动和位移等。
磁致伸缩与温度的关系
03
磁致伸缩材料的性能受温度影响，不同温度下表现出不同的磁
致伸缩效应。
磁致伸缩材料的性能参数
磁致伸缩系数
衡量磁致伸缩效应的重要参数，不同材料具有不 同的磁致伸缩系数。
居里点
历史与发展
历史
磁致伸缩材料的研究始于19世纪，早 期主要应用于声纳、水声等领域。随 着科技的发展，磁致伸缩材料在能源、 航空航天、精密仪器等领域的应用逐 渐增多。
发展
近年来，随着环保意识的提高和新能 源技术的不断发展，磁致伸缩材料在 节能减排、振动控制、智能传感器等 领域的应用前景越来越广阔。
分类与结构
振动控制
减震器
磁致伸缩材料可以用于制造减震器，通过控制磁场强度来调节减震器的阻尼力，从而有 效抑制结构振动和噪音。
振动隔离器
利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应，可以实现主动振动隔离，提高设备的稳定性和可 靠性。
精密测量
磁场传感器
磁致伸缩材料可以用于制造高灵敏度的 磁场传感器，用于测量磁场强度和方向 ，广泛应用于物理、生物医学和地质等 领域。
分类
磁致伸缩材料主要分为金属型和复合型两类。金属型磁致伸缩材料主要包括镍、铁、钴等合金，复合型磁致伸缩 材料则是由铁磁颗粒与非磁性基体复合而成。
结构
磁致伸缩材料的微观结构对其性能具有重要影响。金属型磁致伸缩材料的晶体结构、相变温度、晶粒大小等都会 影响其磁致伸缩性能。而复合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁致伸缩材料的颗粒大小、颗粒分布、基体相的物理性质等也会对其性能产生影 响。
电致和磁致伸缩材料的功能
电致和磁致伸缩材料的功能1 电致材料1.1 电致伸缩效应电致伸缩效应是一种机电祸合效应它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。
1.2 电致伸缩材料电致伸缩效应在一切固体电介质中都有, 但其大小不同因为应变正比于介电常数的平方, 所以铁电体在其相变温度附近应该有较大的应变从应用上看, 要求加一个不太强的电场, 能够产生足够大的应变, 而且应变与电场的关系没有滞后, 重复性好, 同时还要求温度效应小为此, 应该选择介电常数大并属于扩散相变的材料此外还要求平均居里温度在室温以下, 接近室温, 扩散区较长目前, 大部分铁电体及一些非铁电体如石英、碱卤晶体等材料的电致伸缩系数都已经测量到了，已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。
1.3 电致伸缩材料的发展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(Zr x Ti1-x O3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。
与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。
电致伸缩和磁致伸缩
电致伸缩和磁致伸缩一、电致伸缩技术电致伸缩是一种通过施加电场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的电致变形效应，根据不同的电场强度和极性来调控材料的伸缩行为。
常见的电致伸缩材料包括压电材料、电致伸缩液晶和电致伸缩高分子等。
1.1 压电材料压电材料是最早被发现具有电致变形效应的材料之一，具有压电效应的材料在施加电场后会发生形变。
这种形变可以是线性的、非线性的或者是复合的，取决于材料的结构和电场的作用方式。
压电材料被广泛应用于超声波换能器、声波滤波器和伺服阀等领域。
1.2 电致伸缩液晶电致伸缩液晶是一种利用电场调控液晶分子排列以实现材料伸缩变形的技术。
通过改变电场的强度和方向，可以实现液晶分子的有序排列或者无序排列，从而引起液晶体的伸缩变形。
电致伸缩液晶在显示技术、光学调制和光学变焦等领域有着广泛的应用。
1.3 电致伸缩高分子电致伸缩高分子是一种能够在电场作用下实现形变的聚合物材料。
通过在高分子链上引入电活性基团或者电荷基团，可以实现高分子材料的电致变形。
电致伸缩高分子被广泛应用于人工肌肉、可穿戴设备和智能结构等领域。
二、磁致伸缩技术磁致伸缩是一种利用磁场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的磁致变形效应，根据不同的磁场强度和方向来控制材料的伸缩行为。
常见的磁致伸缩材料包括磁形记忆合金、磁流变流体和磁致伸缩复合材料等。
2.1 磁形记忆合金磁形记忆合金是一种具有磁致变形效应的智能材料，能够在磁场的作用下发生形变。
磁形记忆合金通常由镍、钴和铁等元素组成，在不同的磁场强度和方向下会产生不同的形变效应。
磁形记忆合金在医疗器械、航空航天和汽车工程等领域有着广泛的应用。
2.2 磁流变流体磁流变流体是一种能够在磁场的作用下改变流变性质的智能材料，通常由磁性粒子和悬浮介质组成。
通过改变磁场的强度和方向，可以调节磁流变流体的粘度和流动性，从而实现材料的伸缩变形。
磁流变流体被广泛应用于减震器、密封件和振动控制系统等领域。
智能材料在土木工程中的应用
智能材料在土木工程中的应用智能材料是指可以对外部刺激做出响应的材料，其具有高灵敏度、高精度和高可靠性等特点。
智能材料在土木工程中的应用已经得到了广泛的关注，它可以大大提高结构的可靠性、减少维修成本、延长使用寿命和提高安全性能。
本文将从智能材料的种类、土木工程中的应用和未来的发展方向等方面进行探讨。
一、智能材料的种类1.压电材料：压电材料是指在外部电场的作用下，能够发生机械变形的材料。
它的应用主要是在结构振动控制和能量回收等方面。
2.磁致伸缩材料：磁致伸缩材料是指在外部磁场的作用下，能够发生机械变形的材料。
它的应用主要是在结构振动控制、变形控制和形状记忆合金等领域。
3.形状记忆合金：形状记忆合金是可以在外部温度或应变作用下改变形状，且能够恢复原状的材料。
它的应用主要是在结构变形控制、形状记忆合金缓冲器和结构减震等领域。
4.纳米复合材料：纳米复合材料是指由两种或两种以上不同材料复合而成的材料。
它的应用主要是在结构增强、防爆材料和防弹材料等领域。
二、土木工程中的应用1.结构控制：智能材料可以通过改变材料内部的形态，实现对结构的控制。
在土木工程中，智能材料可以通过振动控制、形变控制和噪声控制等方式，对建筑物进行控制，提高其耐久性和稳定性。
2.结构监测：智能材料可以通过感应器、光纤传感器、纳米材料传感器等方式对结构的应变、应力、振动、温度等进行监测。
这将大大提高土木工程结构的安全性和可靠性。
3.结构减震：智能材料在土木工程中的另一个重要应用是减震。
智能材料可以通过振动控制和形变控制等方式来实现结构的减震和抗震性能的提高。
4.形状记忆合金缓冲器：形状记忆合金缓冲器是将形状记忆合金与缓冲器相结合，用于减轻结构的冲击和变形。
这种材料被广泛应用于桥梁、建筑物、地铁车站等土木工程项目中，可以有效地保护结构免受外部冲击的影响。
三、未来发展方向未来，智能材料在土木工程中的应用将会越来越广泛。
随着技术的不断进步，智能材料的精度和可靠性将会不断提高。
磁致伸缩材料及应用要点
超磁致伸缩材料优点
• （1）磁致伸缩系数大。 • （2）能量转换效率高。超磁致伸缩材料在49%~56%之
间，而压电陶瓷在23%~52%之间，传统的磁致伸缩材料仅 为9%左右。 • （3）居里温度在300℃以上。远比传统的磁致伸缩材料 高，可适用于较高的温度环境。 • （4）能量密度大。是Ni的400~500倍，是压电陶瓷的 12~30倍。 • （5）机械响应速度快。仅10-6s级且可电控。 • （6）承载能力大。可在强压力环境下工作。 • （7）工作频带宽。既适用于几十赫兹的低频又适用于 超高频。
谢谢大家！
磁致伸缩马达
• 1988年德国柏林大学的 L.Kiesewetter教授研制出 世界上第一台超磁致伸缩 马达。当移动线圈通入电 流且位置发生变化时, 超 磁致伸缩棒运动部分分别 在纵向和径向方向上产生 磁致伸缩应变, 使超磁致 伸缩棒交替伸缩, 像虫子 一样蠕动前进。它的最大 速度可达 20mm/s 并具有 驱动重载无反冲的优点。
磁致伸缩材料的特性
•
（1）焦耳效应。材料由于磁化状态的改变，其长度
和体积会发生微小的变化。
•
（2）维拉里效应。在磁场中，给磁体施加外力作用
，由于形状变化，导致磁化强度发生变化。
•
（3）ΔE效应。磁致伸缩材料由于磁化状态的改变而
引起自身杨氏模量发生变化的现象。
•
（4）维德曼效应。在磁性体上施加适当的磁场，当
磁致伸缩材料及应用要点
磁致伸缩效应
• 19世纪40年代，焦尔发现：当磁性体（如金属Fe 、Ni）等的磁化状态改变时，其外型尺寸或体积 会发生微小的变化，这就是磁致伸缩效应，又称 焦尔效应。
• 磁致伸缩材料：具有磁致伸缩效应的磁(电) —机 械能转换材料。
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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。
根据以上分析我们认为失去压电性、介电常数高是室温下大电致伸缩陶瓷材料的必要条件也可能是充分条件。
进而得出推论:具有大电致伸缩效应的陶瓷在晶体结构上应具有对称中心，居里点要在室温附近。
对于ABO钙钦矿型晶体B位正离子要有较大的“松动”空间，使感应极化容易产生。
（2）新裂电致伸缩材料的开发
泥镁酸铅系〔PMN)陶瓷是个老材料，作高介电率电容器用的铁电陶瓷。
早在60年代国外对它的弛豫铁电性作了广泛的研究。
国内也利用它生产低频独石电容器。
然而过去一直没有人注意研究它的电致伸缩效应。
1977年美国的L.E.Cross开始研究电致伸缩效应，并得到了美国海军的支持投下了大量人力、物力，与日本东京工业大学的内野研二等一起经过几年的探索在大家熟悉的铁电电容器陶瓷于MN系中发现了具有大电致伸缩效应的弛豫铁电体组份0.9PMN—0.1PT，其居里点在0℃附近。
经过进一步的探索1981年又开发了三元系固溶体0.45PMN—0.36PT一0.19BZN双弛豫铁电体具有良好的温度稳定性及大电致伸缩效应，被Cross认为是性能最好的一个电致伸缩材料L31，如图2所示。
PMN电致伸缩材料制备工艺如下:将PbO、MgO、Nb2O5—TiO2、BaCO3、ZrO3等试剂按比例棍合，在酒精中球磨、烘干在密封的氧化铝增涡中920℃锻烧15小时而后再经过二次950℃保温15小时的热处理，细磨压成薄片放在铂架上在密封的氧化铝钳涡中1300℃烧2小时。
1981年我们详细地分析比较了PMN系及PLZT系的结构特征及物理性能，注意到它们的相似处一弛豫铁电性。
从我们的推论出发经过独立思考，在为人们熟悉的电光陶瓷PLZT系中成功地发现了具有大电致伸缩效应的组份。
为了考察该组份的性能我们对它进行了详细的分析测量并作了微观解释，其主要性能见图3。
La:PZT电致伸缩材料是用若通的陶瓷工艺制备的，没有进行那种复杂的热处理，烧成是在1260℃保温1小时。
（3）应用
随着科学技术的发展在天文学和光通讯上需要用精密位移换能器对光程长度在儿个波长的微小范围内进行调节，在精密机械上也需要超微米给进装置、1980年Cross等利用流延工艺把0.9PMN—0.1P T材料制成独石元件在激光通讯和信息处理系统中作电控微位移器用。
厚度为0.15mm的瓷片在200V的电压作用下可产生5 10-4的纵
向应变，如图4所示。
二、磁致伸缩材料
具有显著磁致伸缩效应的、可将电能转换为机械能或将机械能转换为电能的金属、合金以及铁氧体等磁性材料称作磁致伸缩材料。
所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料）由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化。
大家知道物质有热胀冷缩的现象。
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（或效应）。
工程上利用这一特性将电能转换成机械能或将机械能转换成电能。
磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。
磁致伸缩材料根据成分可分为金属磁致伸缩材料和铁氧体
磁致伸缩材料。
金属磁致伸缩材料电阻率低，饱和磁通密度高，磁致伸缩系数λ大（λ＝Δl/l，l为材料原来的长度，Δl为在磁场H作用下的长度改变量）,用于低频大功率换能器，可输出较大能量。
铁氧体磁致伸缩材料电阻率高，适用于高频，但磁致伸缩系数和磁通密度均小于金属磁致伸缩材料。
Ni-Zn-Co铁氧体磁致伸缩材料由于磁致伸缩系数λ的提高而得到普遍应用。
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。
它在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景。
如可以用磁致伸缩技术定位，它的原理是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。
这两个磁场一个来自在传感器外面的活动磁铁，另一个则源自传感器内波导管（Waveguide）的电流脉冲，而这个电流脉冲其实是由传感器头的固有电子部件所产生的。
当两个磁场相交时，所产生的一个应变脉冲（Strain Pulse）会以声音的固定速度运行回电子部件的感测线圈。
从产生电流脉冲的一刻到测回
应变脉冲所需要的时间周期乘以这个固定速度，我们便能准确的计算出位置磁铁的变动。
这个过程是连续不断的，所以每当活动磁铁被带动时，新的位置很快就会被感测出来。
由于输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号飘移或变值的情况，因此不必像其它位移传感器一样需要定期重标和维护。
海洋占地球面积的70％，海洋是人类生命的源泉，但是人类对海洋的大部分还缺乏了解。
21世纪是海洋世纪，人类的生活、科学实验和资源的获及将逐渐的从山陆地转移到海洋。
而舰艇水下移动通讯、海水温度、海流、海底地形地貌的探测就需要声纳系统。
声纳是一个庞大的系统，它包括声发射系统，反射声的接收系统，将回声信息转变成电信息与图像，以及图像识别系统等。
其中声发射系统中的水声发射换能器及其材料是关键技术之一。
过去声纳的水声发射换能器主要用压电陶瓷材料（PZT）来制造。
这种材料制造的水声换能器的频率高（20kHz以上），同时发射功率小，体积大，笨重。
另外随舰艇隐身技术的发展，现代舰艇可吸收频率在3．0kHz以上的声波，起到隐身的作用。
各工业发达国家都正在大力发展低频（频率为几十至2000赫兹），大功率（声源级约220dB）的声纳用或水声对抗用发射水声换能器，并已用于装备海军。
低频可打破敌方舰艇的隐身技术，大功率可探测更远距离的目标，同时体积小，重量轻，可提高舰艇的作战能力。
低频大功率是声纳用和水声对抗用发射水声换能器今后的发展方向。
而制造低频大功率水声发射换能器的关键材料是
稀土超磁致伸缩材料。
发展稀土超磁致伸缩材料对发展声纳技术、水声对抗技术、海洋开发与探测技术将起到关键性作用。
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O A T （Ocean Acou stic Topography）和海洋气候声学温度测量系统A TOC （The Aco ustic Thermometry of Ocean climate）的水声发射换能器，其信号可发射到1000km的范围，可用于测量海水温度和海流的分布图。