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稀土超磁致伸缩换能器磁路设计与仿真 被引量：3
1
作者 陈爽 赵录冬 +1 位作者 周杰 刘政 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第2期43-46,共4页
稀土超磁致换能器的主要作用是实现电—磁—机三种能量的转化,即交变电流作用下在线圈中激发磁场,使位于偏置磁场和线圈激发磁场中的稀土超磁致伸缩棒,在叠加磁场的激励下产生伸缩运动,输出机械力和位移,该过程中磁能起到了举足轻重的... 稀土超磁致换能器的主要作用是实现电—磁—机三种能量的转化,即交变电流作用下在线圈中激发磁场,使位于偏置磁场和线圈激发磁场中的稀土超磁致伸缩棒,在叠加磁场的激励下产生伸缩运动,输出机械力和位移,该过程中磁能起到了举足轻重的重要作用。基于稀土超磁致材料设计了一种可以应用于超声挤压强化加工领域的直动型双向输出换能器,并采用了有限元软件ANSYS对其进行了磁路的优化和仿真。结果表明:闭磁路系统辅以偏置磁场有利于稀土超磁致棒区域磁场强度的均匀分布,解决倍频现象,同时也得出了稀土超磁致换能器的最佳电流驱动密度,这对换能器的结构设计和磁路优化具有重要意义。 展开更多
关键词 稀土超磁致材料 换能器 有限元分析 超声挤压强化
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稀土超磁致伸缩换能器的研制及其在桥梁检测中的应用 被引量：4
2
作者 龙士国 马天朗 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第A03期1139-1141,共3页
稀土超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料，它的应用越来越受到广泛的关注，针对目前大型工程质量检测对声波无损评价系统震源的新要求，研制了稀土超磁致伸缩换能器，该换能器以大功率稀土超磁致伸缩... 稀土超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料，它的应用越来越受到广泛的关注，针对目前大型工程质量检测对声波无损评价系统震源的新要求，研制了稀土超磁致伸缩换能器，该换能器以大功率稀土超磁致伸缩材料作能量转换部件，具有能量集中、发射声波传播距离远、发射频率适中，容易与采集系统集成而实现自动检测控制，显著提高工作效率．最后以某桥梁声波CT无损评价为例说明其广泛的应用。 展开更多
关键词 稀土超磁致伸缩材料 大功率换能器 无损评价 桥梁检测
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稀土超磁致伸缩换能器的实验研究 被引量：2
3
作者 李成英 陈雯秋 《辽宁工学院学报》 2002年第2期26-28,68,共4页
分析了超磁致伸缩材料静、动态特性 ,对自行设计的超磁致伸缩大功率换能器进行了试验研究 ,该装置具有功率大、适用频带宽。
关键词 实验研究 超磁致伸缩 换能器 静态特性 动态特性
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稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率分析
4
作者 季严松 赵子玉 《微特电机》 北大核心 2008年第7期18-19,28,共3页
采用有限元方法和等效电路法对稀土超磁致伸缩换能器的谐振频率进行计算,将求解结果与实验测试结果进行比较,验证了计算结果的准确性。
关键词 超磁致伸缩换能器 有限元法 等效电路法 谐振频率
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稀土超磁致伸缩换能器等效热网络建模研究 被引量：2
5
作者 张智贺 杨鑫 陈钰凯 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第14期3464-3474,3565,共12页
超磁致伸缩换能器的工作特性与温度密切相关,快速准确地对换能器温度分布进行分析计算与预测是换能器设计与性能评估的关键。凭借仿真速度快、准确性高等显著优势,热网络建模广泛用于换能器热分析,但多聚焦于稳态建模研究,忽略超磁致伸... 超磁致伸缩换能器的工作特性与温度密切相关,快速准确地对换能器温度分布进行分析计算与预测是换能器设计与性能评估的关键。凭借仿真速度快、准确性高等显著优势,热网络建模广泛用于换能器热分析,但多聚焦于稳态建模研究,忽略超磁致伸缩棒由于热导率低所导致的明显的瞬态温度梯度。为此,该文以纵振式超磁致伸缩换能器为研究对象,计及超磁致伸缩棒作为热源的特殊性和对棒材温度空间分布的影响,建立超磁致伸缩换能器瞬态等效热网络模型。首先基于换能器的结构和工作原理,对其进行热分析;然后重点对超磁致伸缩棒进行建模,根据换能器内部传热过程,建立换能器瞬态热网络模型并对模型参数进行计算;最后搭建有限元仿真模型和换能器温升实验平台,从仿真和实验两方面验证了所提热网络模型对换能器温度时空分析的准确性和有效性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 等效热网络瞬态模型 参数计算 有限元模型 温度分布
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时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响分析
6
作者 闫洪波 曹蕊 +1 位作者 汪建新 于均成 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期347-352,共6页
为研究时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响规律,扩大超磁致伸缩伸缩换能器的使用范围。通过分析换能器工作原理,建立时滞反馈控制下的系统动力学模型,采用多尺度法求解得到系统在位移、速度和加速度时滞反馈控制下的输出响应。仿真... 为研究时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响规律,扩大超磁致伸缩伸缩换能器的使用范围。通过分析换能器工作原理,建立时滞反馈控制下的系统动力学模型,采用多尺度法求解得到系统在位移、速度和加速度时滞反馈控制下的输出响应。仿真分析得知:无时滞反馈控制系统的输出呈硬式非线性特性;与无时滞反馈系统相比,位移和速度时滞反馈控制的换能器通过调整控制增益或时滞可有效降低系统的振动幅值、提高系统的稳定性;加速度时滞反馈控制下的换能器能够在不改变系统振幅的条件下改变系统的谐振频率,将加速度时滞反馈控制的换能器应用于能量回收系统中,仿真发现:调整控制增益不仅能够改变能量回收系统的有效频带范围,也可以调整系统的感应电压幅值。 展开更多
关键词 时滞反馈控制 超磁致伸缩换能器 非线性振动 输出 能量回收 仿真分析
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基于AFSA-eCS混合算法的超磁致伸缩换能器输出特性分析
7
作者 高兵 吴泽伟 +2 位作者 赵能桐 宁倩 杨文虎 《电工技术学报》 北大核心 2025年第2期346-357,共12页
超磁致伸缩换能器工作性能受到电-磁-机多场耦合的影响,常利用多场模型分析其非线性输出特性,而能否准确获取其多场耦合参数决定了模型的准确性,是换能器设计和优化的关键。鉴于换能器多场模型具有参数多、耦合强、参数辨识难等特点。... 超磁致伸缩换能器工作性能受到电-磁-机多场耦合的影响,常利用多场模型分析其非线性输出特性,而能否准确获取其多场耦合参数决定了模型的准确性,是换能器设计和优化的关键。鉴于换能器多场模型具有参数多、耦合强、参数辨识难等特点。该文提出基于改进人工鱼群和布谷鸟混合的超磁致伸缩换能器多场模型参数辨识方法。首先,考虑切割棒材涡流效应的影响,建立超磁致伸缩换能器电-磁-机多场耦合的综合电路模型,来实现超磁致伸缩换能器输出行为的模拟;其次,针对模型参数维度多、耦合强的问题,提出了改进的人工鱼群和布谷鸟混合算法(AFSA-eCS),该方法引入精英个体反向学习策略、动态步长和动态发现概率以强化局部精细化搜索能力;最后,基于实验平台验证了综合电路模型和AFSA-eCS的有效性。结果表明:AFSA-eCS相较于单一算法与遗传退火混合算法(GA-SA)收敛快、参数辨识精度高,基于所提算法和模型能够快速有效分析换能器不同工况下的输出特性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 参数辨识 综合电路模型 混合算法
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超磁致伸缩换能器磁场强度建模与线圈优化分析
8
作者 闫洪波 张天辉 +2 位作者 马庆振 韩世发 刘怡雯 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期112-116,共5页
磁场强度是决定换能器性能的关键变量,为了提高超磁致伸缩换能器(GMA)的磁场强度和输出位移,本文提出了一种新型的弓张式发音振子结构,用COMSOL软件建立二维模型,得到超磁致伸缩材料(GMM)棒内部磁场分布情况。由于弓结构内部空间受限,... 磁场强度是决定换能器性能的关键变量,为了提高超磁致伸缩换能器(GMA)的磁场强度和输出位移,本文提出了一种新型的弓张式发音振子结构,用COMSOL软件建立二维模型,得到超磁致伸缩材料(GMM)棒内部磁场分布情况。由于弓结构内部空间受限,对激励线圈进行优化,讨论了导线经验模型、静态电阻和电感模型的适用性,建立了线圈的平均磁场模型,以线径为决策变量,计算了正弦响应下不同线径的振幅比和相位滞后。结果表明:该模型在计算电阻和电感时的相对误差分别小于5.3%和4.1%。在预测正弦响应时,计算振幅比的误差低于6.6%(在大多数条件下低于1.8%),计算滞后相位的误差低于3.4%。较宽的导线直径对提高磁场振幅有较大的帮助,但对磁场的相位滞后性影响很小。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 磁场强度 平均磁场模型 线圈优化
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稀土—铁系超磁致伸缩材料水声换能器的研制 被引量：14
9
作者 张洪平 杜挺 +2 位作者 王龙妹 邝马华 朱厚卿 《金属功能材料》 1995年第3期107-109,共3页
本文对稀土－铁系超磁致伸缩材料在水声换能错（大功率低频声纳）中的应用进行了探讨。研制的水声换能器样机采用预应力结构，其振动核心为一根φ０．０１×Ｌ０．０５ｍ的稀土－铁系超磁致伸缩材料棒；该换能器具有低频（２．４ｋ... 本文对稀土－铁系超磁致伸缩材料在水声换能错（大功率低频声纳）中的应用进行了探讨。研制的水声换能器样机采用预应力结构，其振动核心为一根φ０．０１×Ｌ０．０５ｍ的稀土－铁系超磁致伸缩材料棒；该换能器具有低频（２．４ｋＨｚ）、频带宽（８００Ｈｚ）、发射电流灵敏度高（Ｓｉ＝１７３ｄＢ）、电声效率高（η（ｅａ）＝４５％）等特性，说明了稀土－铁系超磁致伸缩材料适用于低频大功率水声换能器。 展开更多
关键词 稀土-铁系合金 磁致伸缩材料 水声换能器
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圆环型稀土超磁致伸缩超声频换能器 被引量：4
10
作者 贺西平 胡静 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2006年第5期541-542,共2页
用有限元数值方法计算并研制了稀土超磁致伸缩圆环型超声频换能器。研究表明,可用既导磁又导电的稀土超磁致伸缩材料研制大功率换能器;在换能器的激励线圈外面,加上高导磁率闭合圆桶,有利于换能器耦合系数的提高;与频率为25.9 kHz的压... 用有限元数值方法计算并研制了稀土超磁致伸缩圆环型超声频换能器。研究表明,可用既导磁又导电的稀土超磁致伸缩材料研制大功率换能器;在换能器的激励线圈外面,加上高导磁率闭合圆桶,有利于换能器耦合系数的提高;与频率为25.9 kHz的压电陶瓷换能器相比,尺寸减小了1/3。实验测试与理论计算基本相符。 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 超声频 换能器 有限元方法
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窗型超磁致伸缩换能器的设计与试验研究
11
作者 王一凡 贺西平 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期298-304,317,共8页
该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工... 该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工作频率点处温升与时间的关系。测试了换能器样品,结果表明:测试频率为19.64 kHz,设计值为19.45 kHz;1 A激励电流的位移振幅测试值为6.1μm,计算值为6.3μm;电声效率测试值为52.58%,计算值为41.51%;试验测试1 A电流工作15 min后温度升为45.5℃,仿真计算的温度升为47.8℃。试验测试与理论计算基本吻合。 展开更多
关键词 窗型结构 超磁致伸缩换能器 等效电路 仿真计算 温升
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考虑永磁体偏置的超磁致伸缩换能器磁能损耗分析
12
作者 黄博浩 赵能桐 +2 位作者 高兵 杨明智 杨文虎 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期5409-5419,I0033,共12页
研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗... 研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗计算产生了较大挑战。因此,提出考虑永磁体偏置的换能器磁能损耗计算方法,首先,基于超磁致伸缩材料磁化和磁畴理论,推导永磁体偏置条件下的超磁致伸缩换能器磁能损耗数学机理模型。然后,利用微元思想,建立考虑永磁体偏置及棒材轴向磁场分布不均匀影响下的换能器磁能损耗计算模型,并通过有限元方法验证了模型的有效性。最后,搭建超磁致伸缩换能器损耗特性测试平台,通过分析不同工况下换能器的磁能损耗特性,验证所提模型的准确性。实验结果表明:提出的考虑永磁体偏置影响下的损耗计算模型,在换能器励磁频率50~1050Hz、磁通密度幅值0.01~0.25T工况下,模型结果与实测数据的平均误差为2.93%,可有效分析超磁致伸缩换能器的磁能损耗。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器(GMT) 永磁体偏置 磁能损耗 模型计算 参数辨识
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超磁致伸缩换能器驱动器设计 被引量：2
13
作者 张伟 刘铁鑫 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2007年第B08期102-105,共4页
稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机PCI总线FPGA信号发射卡、IGBT驱动器、IGBT逆变器及电源组成。由该驱动器和... 稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机PCI总线FPGA信号发射卡、IGBT驱动器、IGBT逆变器及电源组成。由该驱动器和稀土超磁致伸缩换能器组成震源系统,将其应用于浅层地震勘探模型试验中,取得了良好的效果。 展开更多
关键词 稀土超磁致伸缩换能器 驱动器 浅层地震勘探 IGBT逆变器 PCI信号发射卡
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热声制冷机中磁致伸缩换能器设计及特性分析 被引量：1
14
作者 汪建新 宋春雨 +2 位作者 孟楠 范蒙洋 李昭钦 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期8-14,共7页
本文针对传统驱动方式热声制冷机效率低的问题,提出一种用磁致伸缩换能器驱动热声制冷机的设计方案。磁致伸缩换能器作为热声制冷机的驱动器,其输出特性对热声制冷机制冷效果至关重要。基于此对磁致伸缩换能器开展了从超磁致伸缩材料几... 本文针对传统驱动方式热声制冷机效率低的问题,提出一种用磁致伸缩换能器驱动热声制冷机的设计方案。磁致伸缩换能器作为热声制冷机的驱动器,其输出特性对热声制冷机制冷效果至关重要。基于此对磁致伸缩换能器开展了从超磁致伸缩材料几何参数、激励线圈最佳电磁转换效率和内部磁路3个方面的优化设计研究,最后对换能器输出特性进行了仿真分析。结果表明:在4.6 kHz时位移最大,输出位移达到63μm,满足驱动热声制冷机需求。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 结构设计 有限元分析 输出特性
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基于Matlab的超磁致伸缩骨传导振子设计平台研发 被引量：1
15
作者 闫洪波 焦学鹏 +2 位作者 汪建新 李永康 李鑫盛 《机械工程师》 2024年第1期1-4,共4页
针对声学领域中利用稀土超磁致伸缩材料(GMM)设计的微型骨传导振子结构设计计算复杂的问题,提出设计一款稀土超磁致伸缩骨传导振子的结构设计平台。在稀土超磁致伸缩换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的数据处理能力和GUI图形用户... 针对声学领域中利用稀土超磁致伸缩材料(GMM)设计的微型骨传导振子结构设计计算复杂的问题,提出设计一款稀土超磁致伸缩骨传导振子的结构设计平台。在稀土超磁致伸缩换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的数据处理能力和GUI图形用户界面功能搭建了骨传导振子的设计平台。该平台可以对骨传导振子内部的GMM棒、激励线圈、预压力机构等部件进行设计计算,还可对骨传导振子的性能指标进行检验。该平台操作简单,可根据设计要求进行改变参数,有效地提高了设计效率。 展开更多
关键词 稀土超磁致伸缩材料 振子 MATLAB 图形用户界面
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计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型 被引量：19
16
作者 黄文美 王博文 +2 位作者 曹淑瑛 孙英 翁玲 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第16期132-136,共5页
文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模... 文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图,用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 动态模型 涡流效应 磁化强度 谐振频率
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考虑动态损耗的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型 被引量：30
17
作者 黄文美 薛胤龙 +2 位作者 王莉 翁玲 王博文 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期173-178,共6页
在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验... 在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验结果吻合较好,说明所建立的多场耦合动态模型能够描述驱动磁场和换能器的输出应变之间的关系,能很好地描述换能器的实际工作状态,为超磁致伸缩换能器设计研发提供理论指导。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 多场耦合模型 动态损耗 温度效应
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考虑压力变化的超磁致伸缩超声换能器动态模型 被引量：14
18
作者 曾建斌 白保东 +2 位作者 曾庚鑫 曾海泉 李永建 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第10期215-219,共5页
Terfenol-D是一种超磁致伸缩材料,它在变化的磁场作用下可以产生较其他磁性材料大得多的形变,可以作为改动材料应用于超声换能器中,但是这种材料的发热问题制约超磁致伸缩超声换能器功率的提升。超磁致伸缩超声换能器的热量主要来自Terf... Terfenol-D是一种超磁致伸缩材料,它在变化的磁场作用下可以产生较其他磁性材料大得多的形变,可以作为改动材料应用于超声换能器中,但是这种材料的发热问题制约超磁致伸缩超声换能器功率的提升。超磁致伸缩超声换能器的热量主要来自Terfenol-D材料内部的涡流损耗和磁滞损耗,涡流损耗可以通过将材料切片的方式有效地减小,因此磁滞损耗就成了换能器的主要热源。本文提出一种考虑应力影响的基于反向Jiles-Atherton磁滞数学模型的新模型,并将它与时步法电磁场有限元分析法相结合,进行磁滞损耗的计算。将磁滞损耗作为热源进行温度场分析,得到超磁致伸缩超声换能器的温度分布,为超磁致伸缩换能器散热系统的设计提供了指导依据。 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 磁滞损耗 超声换能器 有限元分析
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稀土超磁致伸缩材料发展概况 被引量：20
19
作者 李扩社 徐静 +4 位作者 杨红川 袁永强 徐建林 于敦波 张深根 《稀土》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期51-56,共6页
讨论了磁致伸缩效应的来源,介绍了稀土超磁致伸缩材料的特性和应用及目前的研究现状,重点评述了稀土超磁致伸缩材料的各种制备工艺和技术关键,介绍了"一步法"新工艺的特点,指出了今后的研究方向和工作重点。
关键词 稀土超磁致伸缩材料 自发磁化 发展概况
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磁场和应力作用下的超磁致伸缩换能器的动态模型 被引量：14
20
作者 翁玲 王博文 +2 位作者 孙英 李淑英 杨庆新 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期17-22,共6页
在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在... 在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在致动器工作模式下,计算结果和实验结果是一致的。在传感器工作模式下,论文分析了不同偏置条件(偏置磁场和预应力)时,应力变化对超磁致伸缩传感器感应电压的影响,并进行了相关的实验研究。结果表明,实验结果和计算结果趋势一致,数值符合较好,验证了模型的正确性和实用性。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 动态模型 磁感应强度 磁化强度
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