磁致伸缩纵向导波传感器中偏置磁场的优化设计
逆磁致伸缩效应
逆磁致伸缩效应逆磁致伸缩效应（inverse magnetostriction effect）是指在外加磁场下产生的应变效应。
这一效应最早由美国物理学家W. J. Gore在1911年发现，其后又被多位科学家进行了深入的研究。
逆磁致伸缩效应在材料科学、电子工程、物理学等领域都有着广泛的应用。
一、逆磁致伸缩效应的基本原理逆磁致伸缩效应是指在外加磁场下，材料会发生形变。
这种形变是由于材料中存在着自发极化，并且自发极化方向与外加磁场方向垂直，导致了材料结构的略微改变。
这种改变可以通过测量材料长度或体积的变化来表征。
二、逆磁致伸缩效应的实验方法为了测量逆磁致伸缩效应，通常需要使用一些实验方法来进行测试。
其中最常用的方法是通过光栅干涉仪来测量样品长度的变化。
具体操作流程如下：1. 将待测试样品固定在一个支架上，并将支架放置在光栅干涉仪中。
2. 在样品上施加一个恒定的磁场，并测量样品长度的变化。
3. 测量得到的长度变化将被转换为电信号，并通过光栅干涉仪进行放大和处理。
4. 最终，可以得到逆磁致伸缩效应的相关数据，如应变值、材料系数等等。
三、逆磁致伸缩效应的应用逆磁致伸缩效应在材料科学、电子工程和物理学等领域都有着广泛的应用。
以下是一些具体的例子：1. 磁性记忆合金磁性记忆合金是一种利用逆磁致伸缩效应制成的材料。
这种合金可以在外加磁场下发生形变，并且能够记录下外加磁场的信息。
因此，它被广泛地应用于机械传感器、精密驱动装置等领域。
2. 磁致伸缩陶瓷磁致伸缩陶瓷也是一种利用逆磁致伸缩效应制成的材料。
这种材料可以在外加电场或者外加磁场下发生形变，因此被广泛地应用于精密控制系统、智能材料等领域。
3. 磁致伸缩传感器磁致伸缩传感器是一种利用逆磁致伸缩效应制成的传感器。
这种传感器可以测量外加磁场的强度，并将其转换为电信号输出。
因此，它被广泛地应用于物理学、电子工程等领域。
四、逆磁致伸缩效应的发展前景逆磁致伸缩效应作为一种新型的材料效应，在未来有着广阔的发展前景。
《磁控形状记忆合金传感器优化设计与模型研究》
《磁控形状记忆合金传感器优化设计与模型研究》一、引言随着科技的不断进步，传感器技术已成为现代工业、医疗、航空航天等领域的核心。
其中，磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy，MSMA）传感器因具有灵敏度高、响应速度快等优势，受到越来越多的关注。
然而，由于制造和设计等方面的挑战，其性能仍有待进一步提高。
本文旨在探讨磁控形状记忆合金传感器的优化设计与模型研究，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、磁控形状记忆合金传感器概述磁控形状记忆合金传感器是一种基于磁性材料在温度或磁场变化下发生形状记忆效应的传感器。
其核心是磁控形状记忆合金材料，具有高灵敏度、高响应速度和低功耗等特点。
该传感器在航空航天、汽车、医疗等领域具有广泛的应用前景。
三、优化设计（一）材料选择为提高磁控形状记忆合金传感器的性能，首先需选择合适的材料。
目前常用的MSMA材料包括Ni-Ti基、Fe基等。
根据实际应用需求，应选择具有较高磁致伸缩系数和较小滞后效应的材料。
此外，还需考虑材料的耐腐蚀性、抗疲劳性等。
（二）结构设计合理的结构设计是提高传感器性能的关键。
针对不同的应用场景，应设计具有不同形状和尺寸的传感器。
例如，对于需要高灵敏度的应用场景，可采用薄壁结构；对于需要承受较大外力的应用场景，应增加传感器的结构强度。
此外，还需考虑传感器的安装方式和与其他设备的兼容性。
（三）工艺优化工艺优化是提高传感器性能的重要手段。
通过改进制造工艺，如优化热处理制度、提高加工精度等，可提高传感器的性能稳定性。
此外，采用先进的表面处理技术，如镀层处理、表面硬化等，可提高传感器的耐腐蚀性和抗疲劳性。
四、模型研究（一）数学模型建立为研究磁控形状记忆合金传感器的性能，需建立相应的数学模型。
该模型应包括传感器的材料特性、结构特性、环境因素等对传感器性能的影响。
通过分析模型的输出结果，可预测传感器的性能表现，为优化设计提供依据。
（二）仿真分析利用计算机仿真技术对磁控形状记忆合金传感器进行模拟分析，可深入了解其工作原理和性能特点。
Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器激励信号的ANSYS分析及DSP实现
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍ ｅ Ｔｅ ｈ ｑｕ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎｔ ｃ ｎｉ ｅ ｎ ｅｓｒ
２ ２ ０１ ＮＯ ８ ．
第 ８期
Ｆ ８Ｇａ７ 致伸 缩位 移 传 感器 激 励信 号 的 ＡＮ ＹＳ分 析 及 ＤＳ ｅ １磁 ３ Ｓ Ｐ实现
余 超， 新志， 周 熊胤 琪
６ ０６ ） １０ ５ （ 四川 大 学 电子 信 息 学 院 ， 川 成 都 四
摘 要 ： 助 Ａ Ｓ Ｓ和 Ｄ Ｐ 讨 论 了 Ｆ Ｇ 致伸 缩位 移传 感 器 激 励 信 号 部 分 的 可行 性 及 其 实 现 。 激 励 信 号 主 要 包 借 ＮＹ Ｓ， ｅ ａ， 磁 括 电脉 冲信 号和 磁 场 信 号 两 个部 分 。在 磁 场 信 号 方 面 ， 感 器 波 导 丝 采 用 了一 种 区别 于 Ｆ Ｎ 材 料 的新 型 Ｆ Ｇ 。 致 伸 传 ｅｉ ｅ。 ａ， 磁
关 键 词 ： 致 伸 缩 ；Ｓ ； 磁 Ｄ Ｐ 激励 信 号 ； Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ 中图 分 类 号 ：Ｐ １ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２—１４ （０ ２ ０ ０ ０ １０ ８ １ ２ １ ）８— ０ ４—０ ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｅｘ ｉａ ｉ ｎ Ｓ ｇ ｌＯ ８ ａ Ｍ ａ ｎｅｏ ｔ ｉｔｖ ｓ ａ ｃ ｎ ｃｔ ｔｏ ｉｎａ ｆＦｅ３ ” Ｇ ｇ ｔ ｓｒｃｉ ｅ
ｍ ｅ ｔｓ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕｓｅ Ｅｘ ｔｔｏ ｉｎａ ｎｃｕ ｄｔ ｎｔｒ ｏ ｅ ｔｄ ｐａｔ ｏ ｅ ｉ ｈ ｍｐｕ ｓ ｉ ａ ， ｎｄ ｔ ｔ ｒｉ ｇ ｔｃ ｎ ｅ ｓ ｒｗｅ ｅｄｉｃ ｓ ｄ． ｃｉ ｉｎ ｓｇ ｌ ｉ ｌ ｄｅ ｗｏ ｉ ｅ ｃ ｎｎ ｃｅ ｒｓ， ｎ ｓｔ ｅ ｉ ａ ｌｅｓｇ ｌ ａ ｈｅｏｈｅ ｓｍａ ｎｅｉ ｎ
利用有限元分析设计和优化电磁感应器件
边界条件和激励源
设置
根据电磁感应器件的工作原理和 应用场景，设置合适的边界条件 和激励源，以模拟真实的工作状 态。
优化算法的选择和应用
选择合适的优化算法
根据电磁感应器件的性能要求和设计目标，选择适合的优化算法， 如遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
优化目标函数
根据设计要求，定义合适的优化目标函数，如最大感应电动势、最 小能量损耗等。
利用有限元分析设计和优化 电磁感应器件
汇报人：文小库 2024-01-03
目录
• 有限元分析基础 • 电磁感应器件设计 • 利用有限元分析优化电磁感应
器件 • 案例研究 • 结论与展望
01
有限元分析基础
有限元分析基础
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02
电磁感应器件设计
电磁感应器件的基本原理
电磁感应
当一个导体线圈中的电流发生变化时 ，会在导体线圈周围产生磁场，同时 磁场的变化也会在导体线圈中产生感 应电流。
总结词
通过有限元分析，优化了电磁感应加 热器的热效率，提高了加热均匀性。
详细描述
利用有限元分析方法，对电磁感应加 热器的磁场分布和热场分布进行模拟 分析，优化线圈结构和材料选择，实 现了高效、均匀的加热效果。
案例二：某型电磁感应炉的设计和优化
总结词
通过有限元分析，改进了电磁感应炉的功率密度和热效率，提高了烹饪效率。
详细描述
利用有限元分析方法，对电磁感应炉的磁场和热场进行模拟分析，优化线圈设计和炉腔结构，提高了功率密度和 热效率，实现了高效烹饪。
案例三
总结词
通过有限元分析，提高了电磁感应无损检测装置的检测精度和可靠性。
详细描述
利用有限元分析方法，对电磁感应无损检测装置的磁场分布和信号响应进行模 拟分析，优化传感器设计和信号处理算法，提高了检测精度和可靠性。
磁致伸缩位移传感器内部波导丝传输特性分析
磁致伸缩位移传感器内部波导丝传输特性分析国能（惠州）热电有限责任公司广东省惠州市516082摘要随着自动化的普及和发展，越来越多的工厂开始引进自动控制和调节系统，用以提高生产的质量和效率，工程机械和监测系统对位移传感器的需求也不断扩大。
本文采用理论分析、仿真模拟和试验研究相结合，综合利用现有超声导波检测技术的优势，以及深入调研磁致伸缩位移检测技术的应用特点。
开展基于磁致伸缩原理的位移检测技术研究，攻克传感器核心元件波导丝的开发。
关键词：超声波导检测；磁致伸缩；波导丝1研发背景在风机风量控制系统中，风量调节的准确性不仅关系到风机能耗问题，更关系到电站、煤矿等行业中的安全问题。
目前通常采用伺服液压系统推动风机叶片以改变其角度，从而达到风量调节的目的。
其中，液压缸活塞杆的位移大小与叶片角度直接相关，对其进行位置检测至关重要，所用位移传感器必须满足高精度、高可靠性要求。
由于活塞杆需要跟随风机叶片同步高速转动，其位移不适合采用常规的接触式位移传感器，而非接触式传感器中的磁致伸缩位移传感器具有高精度、高稳定性、无需定期标定等优势，因此广泛应用于旋转状态下活塞杆的轴向位移测量。
2研发目标根据风机风量控制系统中液压缸的工作环境特点及活塞杆的位移测量要求，所研发的磁致伸缩位移传感器采用下表所示的技术指标。
表1传感器的技术指标3模拟仿真本项目对磁致伸缩位移传感器的细丝中产生的超声导波波场特性进行模拟仿真，研究指定加载条件下超声导波在细丝上的振动能量分布情况，综合利用现有超声导波检测技术的优势[1]，以及深入调研磁致伸缩位移检测技术的应用特点，开展基于磁致伸缩原理的位移检测技术研究。
3.1超声导波模态分析由于超声导波具有频散和多模态特性，在传感器激励模块设计时需要予以考虑。
波导丝是磁致伸缩位移传感器中传递机械超声导波振动的载体，在换能器设计前应根据波导的材料属性和几何尺寸求解导波在波导中的频散曲线（如图1所示）以及特定模态对应的声场分布，尽量选取频散小且模态较为纯净的频率段进行激励以便于获得信噪比高的回波信号[3]。
带铁芯横磁-纵磁触头结构的优化设计
带铁芯横磁-纵磁触头结构的优化设计
带铁芯横磁-纵磁触头结构的优化设计主要包括以下几个方面：
1. 铁芯材料选择：选择适合横磁-纵磁触头结构的铁芯材料，
通常选择高导磁性能的材料，如硅钢片或铁氧体。
2. 触头尺寸设计：根据横磁-纵磁触头结构的使用要求和电流
负荷，确定合适的触头尺寸，包括长度、宽度和厚度等。
3. 磁路设计：通过优化磁路设计，使得横磁-纵磁触头结构能
够有效地产生横向磁场和纵向磁场，并将其传递给被控电器。
可以使用有限元分析等工具，进行电磁场仿真和优化。
4. 触头结构设计：设计合理的触头结构，确保触头间的磁场传递效率高。
例如，采用适当的触头间隙和触头形状，以增加触头接触面积，减小接触电阻和电弧磨损。
5. 表面涂层设计：为了提高触头接触的稳定性和耐磨性，可以在触头表面涂覆一层导电和抗磨损的涂层，如银镀层或钨钴合金涂层。
6. 热设计：由于横磁-纵磁触头结构在工作过程中会产生一定
的热量，需要进行合理的热设计，包括散热结构设计和温度控制等。
确保触头在长时间工作时能够保持稳定的性能。
通过以上的优化设计，可以提高带铁芯横磁-纵磁触头结构的
效率、耐久性和稳定性，使其更加适用于各种电器控制设备和电力系统中的应用。
磁致位移传感器检测线圈和驱动脉冲优化设计
１ 磁 致伸 缩式 位移传 感器 原理
磁致伸缩式位移传 感器 的主 要结构 如 图 １所示 。
它包括传感器头部 、 波导丝 （ 致伸 缩丝材 ） 探测杆 、 磁 、
修 改稿收 到 日期 ：０ ０— ８ ２ ２ １ ０ —０ 。
其传递 函数为 ：
（） ＝ １
—
ｓ ＋２
ｓ＋
（ ２）
式 中 ： ｃ分别 为线圈 的 电阻 、 、 、 电感 和分 布 电容值 ；
√ 为 圈 固 频 ； Ｄ詈 为 尼 。 ｒ 线 的 有 率 ，阻 比 壶，
为提 高线 圈的动态 响应 特性 ， 要求 在 ０ ６～ ． ． ０８
由电磁感应 理论 可知 ， 圈 的匝数 与扭转 波感应 线 电压的输出成 正 比， 增加感应线 圈匝数可提高灵敏度 。 但匝数的增加也会 带来不 利 的影 响 ： ①输 出噪 声 同步
感应波形是 由驱动脉 冲引起 的环 向磁场使波导丝发生
磁化而产生 的， 扭转 波感应波形 是 由波导丝 的磁致 伸
取决 于感应线 圈的结构 和脉 冲电流 的特性参数 。
在磁致伸缩传感器 的实 验平 台 中， 动脉 冲由脉 驱 冲发生器产生 ， 电流放 大后加 载到波 导丝上 。检 测 经 线 圈的输 出信号经调 理 电路 放大后 ， 通过数 据采集 卡 直接导人 Ｐ Ｃ中进行处理。
应出最大的电势差 ， 而考虑 到线 圈结构尺 寸的 限制和 绕制线圈的方便性 ， 选定线 圈的长度为 ２ｃ ｍ。
张
岚。 等 综合考虑后选择线径为 ０ ０ ｍ的漆包线绕制线圈 。 ．８ｍ 当扭转波传播到线 圈处时 ， 该处波 导丝 中的磁畴 发生偏转 ， 引起轴向磁通量 的变化 ， 由线 圈感应到 的线 圈感应扭转波 的起止时间间隔即为扭转波穿过线 圈所 需的时间 ， 将此段时间间隔乘以波速即得 到绕组长度 。 当绕组长度为扭转波半 波长 的整数倍 时 ， 线圈恰 能感
周向导波电磁超声探头(EMAT)设计与优化
０ 引 言
态无频散 ， 与缺陷相 互作 用后 无模 态转换 ， 因此对 缺 陷信 号 的
目前 油气管线检测 的主要方法采用 漏磁 检测仪 器 ， 简称漏 磁 ＰＧ Ｐｐ ｎｐｃ ｏ ａ ｇ ） 但漏 磁 ＰＧ不 能检测 管 道纵 向 Ｉ （ ｉｅＩｓｅｔ ｎＧ ｕ ｅ ， ｉ Ｉ
ｓｅｔｓｏ ｐｏ ａｌｈ ａｎ ｔａ ｄｓ ａ ｏ ｍ ｇｅｉ ｂｏｋ ｒ ｌ ｅ ｅ ｅｎａｊｃｎ ｇ ｅ ．Ｔ ｒｖ ｓ ｒｎｄｃｉ ｈｅ ｉ ｎｔ ｆ ｌｔｅｍ ｇ ｅ ｍ ｌｎｎ ａｎｔ ｌｃｓａ ｐａ ｄｂ ｔ ｅ ｄａｅ ｔ ｎ ｔ ｏｉ ｏｅｉ ａｓｕｔ ｎ ｏ ｓ ｎ ｌ ｃ ｅ ｃ ｗ ｍａ ｓ ｍｐ ｔｔ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｎ ｐ ｃ ｉ ａ ｄ ｇ ｓｐ ｐ ｌｎ ｓｂ ｓｎ Ｈ ｄ ｕ ｄ ｄ ｃ ｒｕ ｅ ｅ ｔ ｌｕ ｔ ｓ ｎ ｃ ｗ ｖ ａ ｎ ｖ ｌ ｌ ｃｒ ｍａ ｎ ｔ ｓｒ ｃ ： ｏ ｉ ｓ ｅ ｔ ｌ ｎ ａ ｉ ｅｉ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ Ｓ ０ ｍｏ ｅ ｇ ｉ ｅ ｉ ｍｆｒ ｎ ｉ ｌ ａ ｏ ｉ ａ ｅ， ｏ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅｉ ｏ ｃ ａ ｒ ｅ ｃ
Ｓ ＨＡ ｏ ｆ ｎ ， ＡＩＧｕ — ｉ Ｇａ —ｅ ｇ Ｃ ｉｘ
（ ．ｎ ｔｕｅｏ ｔｌ ｅｅｒｈ Ｃ ｉｅｅＡ ａ ｅ ｆＳｉｎ ｅ ，ｈｎ ａ ｇ１ ０ １ ， ｈｎ ；．Ｇｒｄ ａｅＳｈ ｏ， １ Ｉｓ ｔｔ ｆＭｅａ Ｒ ｓａｃ ， ｈｎ ｓ ｃｄ ｍｙｏ ｃ ｃｓＳ ｅ ｙ ｎ １０ ６ Ｃ ｉａ ２ ｉ ｅ ａ ｕ ｔ ｃｏ ｌ Ｃ ｉｅｅＡｃｄ ｍｙｏ ｃｅｃｓＢ ｉｎ ００ ９ Ｃ ｉａ ｈｎ ｓ ａ ｅ ｆ ｉｎｅ ， ｅ ｉｇ１ ０ ４ ， ｈｎ ） Ｓ ｊ
磁力研磨电磁感应器磁场的仿真分析及其结构优化设计
磁力研磨电磁感应器磁场的仿真分析及其结构优化设计１邱腾雄，阎秋生，高伟强，孟利，唐振宇，陈建平广东工业大学机电工程学院，广州（510006）E-mail：txqiu1999@摘要：针对磁力研磨加工过程建立了电磁感应器磁场的数学模型，基于电磁场计算理论利用有限元法对电磁感应器磁场进行仿真分析，并对电磁感应器特征点的磁场强度进行了实测，仿真分析结果与实际测试结果基本吻合，最大相对误差不大于7%，验证了电磁场仿真分析方法的正确性，在此基础上对电磁场进行了分析。
研究结果对磁力研磨电磁感应器的结构设计和优化提供了理论依据。
关键词：磁力研磨；电磁发生器；磁场强度；有限元仿真1 前言磁力研磨技术MAF（Magnetic Abrasive Finishing）是在磁场的作用下，用被磁化的磨料对工件表面进行精密研磨的一种工艺方法[1]。
磁性研磨加工的原理是利用磁性磨料在磁场作用下沿磁力线方向相互衔接形成“磁串”，在磁性工具基体的顶端形成“磁刷”，磁性工具基体的运动作用通过磁刷产生一个作用于工件表面的研磨压力，在磁场保持力、研磨压力和磁性工具运动切向力的共同作用下，磁性工具与工件表面的间隙中保持磁性磨料聚集形成对工件表面局部的研抛加工。
由于“磁刷”具有良好的柔性、自适应性、自锐性、可控性、温升小、无变质层、加工效率高等特点，成为表面加工技术的一个主要加工工艺。
磁力研磨技术主要涉及三个方面的研究内容：磁力研磨设备，磁性磨料制备和磁性研磨加工工艺[2]。
本研究针对模具曲面研磨抛光加工的问题，提出通过3轴数控运动控制磁性工具在模具曲面的扫描运动，曲面形状误差反馈和控制研抛工具作用力、驻留时间的形状修正研抛，实现曲面精密研抛加工达到同步提高曲面形状精度和表面精度的技术方案。
电磁感应器是磁力研磨数控机床中产生磁场并携带磁性磨料对工件进行研磨的核心部件，本文在电磁感应器设计中应用有限元分析软件对磁场的分布进行模拟计算，分析加工区域电磁场的分布及其对磁力研磨加工的影响，达到优化电磁感应器结构的目的。
基于声表面波技术的磁场传感器设计与分析
基于声表面波技术的磁场传感器设计与分析磁场传感器一直在人类生产生活中起着着非常重要的作用,随着更多的特殊应用场景如无源、高温等的需要,旧的磁场传感器已经逐渐不能够满足人们的需要,需要进行新型磁场传感器的设计研究工作。
因此本课题利用声表面波技术的传感器具有抗干扰能力强、无线无源等优点,进行了基于声表面波技术的磁场传感器的设计工作。
为了设计基于声表面波技术的磁场传感器,首先分别研究了声表面波、巨磁阻抗和磁致伸缩技术。
声表面波技术部分研究了声表面波的激励与传播机制和制造工艺,特别对本课题使用的声表面波换能器进行了深入研究;巨磁阻抗技术部分重点研究了非晶微丝的巨磁阻抗特性,进行了理论分析并搭建测试平台进行了测试;磁致伸缩技术部分重点研究了铽镝铁合金的磁致伸缩特性,制备了实验需要的铽镝铁合金薄膜并进行了表征。
在上面研究的基础之上,设计了结合声表面波、巨磁阻抗和磁致伸缩技术的两款磁场传感器:巨磁阻抗声表面波磁场传感器及其组合传感器和磁致伸缩巨磁阻抗磁场传感器。
设计过程中根据最基本的原理,吸收其他研究人员相近的研究内容和成果,并对相应的磁敏感材料单元进行了优化设计。
为了检验磁场传感器的设计效果,搭建了实验测试平台,进行了磁场传感器实验测试工作。
使用矢量网络分析仪对声表面波芯片进行参数的测试得到磁场传感器的性能参数。
最终通过将声表面波技术分别与巨磁阻抗技术和磁致伸缩技术结合,本课题研究设计了两款新型的基于声表面波技术的磁场传感器,充分利用了声表面波器件高频、无源的优势和非晶微丝、铽镝铁合金对于磁场变化的敏感性特点。
巨磁阻抗声表面波磁场传感器的测试表明,此传感器在磁场范围处于0至2.0 Oe之间时,输入反射系数的增大和磁场强度的增大之间接近于线性关系,其可以进行一维和二维的低强度磁场检测;磁致伸缩声表面波磁场传感器的测试表明,此传感器可用于二维高强度磁场检测。
与现有的声表面波磁场传感器相比,本课题设计并实验的这两款传感器的性能相近但工作频率更高、尺寸更小。