偏置磁场对磁致伸缩/弹性/压电层合材料磁电效应的影响

根据磁致伸缩材料的非线性本构关系得到其动态杨氏弹性模量和动态压磁系数,结合等效电路法得到磁致伸缩/弹性/压电层合材料的磁电效应与磁致伸缩材料的动态杨氏弹性模量和动态压磁系数的关系,讨论了偏置磁场对这种层合材料的谐振频率和谐振磁电电压转换系数的影响.理论推导和实验结果均表明,存在最佳偏置磁场使磁致伸缩/弹性/压电层合材料的谐振磁电电压转换系数最大. 关键词： 磁致伸缩/弹性/压电层合材料 磁电效应 偏置磁场 非线性本构关系     

磁致伸缩材料磁弹性内耗的场依赖特性及其用于磁场传感研究

分析和测试了磁致伸缩材料磁弹性内耗的偏置磁场依赖特性,发现Terfenol-D的品质因数(与内耗的量值成反比)强依赖于偏置磁场.利用磁致伸缩材料磁弹性内耗强依赖于偏置磁场的特性,提出了一种静态和准静态磁场的磁传感器方法,即将磁致伸缩材料与压电变压器单元层叠构建一种复合变压器.分析表明:在谐振状态下,复合变压器的输出电压正比于其品质因数,于是复合变压器的输出电压强依赖于偏置磁场;磁致伸缩材料的ΔE效应对复合变压器输出电压的影响很小.制备Terfenol-D/PZT8复合变压器进行了实验,结果表明,在近谐振状态下,当激励输入电压振幅为0.5V时,复合变压器工作的输出电压对静态磁场的灵敏度达到～5.12mV.Oe-1.     

Ni50.5Mn24.5Ga25单晶的预马氏体相变特性

通过交流磁化率、电阻、有无磁场下的预相变应变、磁致伸缩和磁化强度测量,系统研究了近正配分比Ni50.5Mn24.5Ga25单晶的预马氏体相变特性.在自由样品中观察到预马氏体相变应变.在预相变点,沿[010]方向施加大小约为80kA/m的磁场,在晶体母相的[001]方向上获得了高达505ppm的磁致伸缩,该值是相同条件下晶体母相磁致伸缩量的5倍多.同时,报道了不同方向磁场对预相变应变干预的结果.利用软模凝结的概念和依据单晶生长的特点,分析了预相变应变产生的机理.而磁场干预预相变应变的机理是磁场增大的磁弹耦合导致的晶格形变与材料内禀形变的竞争.利用磁性测量结果证实和解释了预相变过程中[001]和[010]轴方向间进一步增大的各向异性.进而对磁场沿[001]和[010]两个晶体学方向所导致的应变特性的差别,包括最大磁致伸缩、饱和预相变应变、饱和场等,进行了分析和讨论.     

Ni50.5Mn24.5G25单晶的预马氏体相变特性

通过交流磁化率、电阻、有无磁场下的预相变应变、磁致伸缩和磁化强度测量，系统研究了近正配分比Ni505Mn245Ga25单晶的预马氏体相变特性.在自由样品中观察到预马氏体相变应变.在预相变点，沿[010]方向施加大小约为80kA/m的磁场，在晶体母相的[001]方向上获得了高达505ppm的磁致伸缩，该值是相同条件下晶体母相磁致伸缩量的5倍多.同时，报道了不同方向磁场对预相变应变干预的结果.利用软模凝结的概念和依据单晶生长的特点，分析了预相变应变产生的机理.而磁场干预预相变应变的机理是磁场增大的磁弹耦合导致的晶格形变与材料内禀形变的竞争.利用磁性测量结果证实和解释了预相变过程中[001]和[010]轴方向间进一步增大的各向异性.进而对磁场沿[001]和[010]两个晶体学方向所导致的应变特性的差别，包括最大磁致伸缩、饱和预相变应变、饱和场等，进行了分析和讨论. 关键词： 预马氏体相变 应变 磁致伸缩 磁弹耦合     

超磁致伸缩材料性能测量实验

采用比较法和电桥法测量了Terfenol-D样品的磁致伸缩系数,并采用共振法测量了Terfenol-D样品的磁机械耦合系数.将超磁致伸缩材料特性测量实验引入本科实验教学,可以使学生在近代物理实验课程的学习中接触到材料科学研究前沿领域的技术与知识,有助于提高学生的创新意识和创新能力,激发学生的学习兴趣.     

纵横波测已紧固螺栓轴向应力

本提出了用纵横波声时测已紧固螺栓轴向应力的一种新方法,解决了用超声精确地测已紧固螺栓应力问题,并且利用超声波沿轴向传播的波速同轴向应力以及三阶弹性常数的关系导出了螺栓应力同其材料声速特性、夹紧距离、温度及纵、横波声时的一种新关系,考虑了受应力作用时温度对声速的影响,简化了测量及计算过程,本还介绍了材料的声速特性实验及测量方法;实验结果表明应力低于２５０ＭＰａ,夹紧距离大于３０ｍｍ时,应力超声测     

铁单质薄膜磁致伸缩行为与磁矩演化研究

磁致伸缩材料在传感器、位移器件等领域应用前景广阔,对此类材料的制备与实验已成为研究热点,但使用分子动力学方法模拟其磁致伸缩过程中内部磁矩的演化仍缺乏相关研究.本研究以磁致伸缩材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法建立单畴铁单质磁致伸缩模型.分析了铁单质薄膜磁致伸缩行为随初始磁矩的变化,以及在磁场作用下微观原子磁矩的变化与宏观磁致伸缩之间的关系.结果表明:模型磁化构型的演化与磁致伸缩行为有着密切联系,随着外加磁场强度增大,原子磁矩与外加磁场方向相同的区域面积逐渐增大,宏观表现为模型的磁致伸缩随磁场强度增大而伸长,并最终达到饱和,而边界处的原子磁矩是模型是否达到饱和磁致伸缩的关键.     

压应力对Fe0.81 Ga0.19单晶磁化和磁致伸缩的影响

研究了Fe_0.81Ga_0.19合金单晶沿[100]方向的磁机械效应和磁致伸缩效应.基于Stoner-Wohlfarth模型,通过数值计算获得了在压应力和外磁场联合作用下磁化强度的方向余弦.研究表明,随着压应力的增加,退磁态下合金中的磁各向异性会由三轴各向异性向双轴各向异性转变.这使得合金中 90° 畴的体积分数增加,导致磁致伸缩效应增大. 关键词： FeGa合金 磁机械效应 巨磁致伸缩效应     

磁致伸缩材料弱磁场响应特性的实验研究

针对磁致伸缩材料在弱磁场传感器领域的应用需要,采用迈克耳逊干涉原理实验测量了零应力条件下Tb-Dy-Fe材料和Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度,以及不同应力下Fe-Ga合金的磁场响应特性和温度响应特性.实验结果表明：在零应力,外加磁场16 mT条件下,Fe-Ga合金的磁场响应灵敏度远高于Tb-Dy-Fe材料,更合适作为弱磁场传感器敏感材料;同时,在1.2 MPa预应力和26 mT偏置磁场下,Fe-Ga合金材料具有较好的磁场响应灵敏度和较大的饱和磁致伸缩系数,因而处在最佳工作状态.所得到的材料的磁场和温度响应曲线可作为弱磁场传感器参量设计的参考依据.     

超磁致伸缩材料及其应用研究

稀土超磁致伸缩材料是一种新型稀土功能材料．文章概述了超磁致伸缩材料(GMM)的研究历史；对比了一种实用的超磁致伸缩材料(Terfenol-D)和压电陶瓷材料(PZT)的性能；阐述了超磁致伸缩材料当前在以下两个方面取得的研究进展：(1)关于工艺方法的研究：包括直拉法、区熔法、布里奇曼法和粉末烧结、粘结等方法；(2)关于材料组分的研究：包括对Fe原子的替代研究以及开发轻稀土超磁致伸缩材料的研究．文章最后叙述了超磁致伸缩材料的应用领域，以及发展我国稀土超磁致伸缩材料的意义．     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅调谐范围研究

研究了基于超磁致伸缩材料实现对光纤布拉格光栅的动态调谐这一方案理论上可获得的最大调谐范围．利用超磁致伸缩换能器的输出特性，进行了超磁致伸缩换能器用于光纤布拉格光栅调谐的实验研究．分析了实验中影响可获得调谐范围的各种因素，如实际可获得的超磁致伸缩材料的特性、光纤布拉格光栅的特性以及换能器结构的设计．进一步讨论了在理论界限的前提下改进该方案可获得调谐范围的措施，并以施加预应力为例进行了实验验证．结果表明，通过给予超磁致伸缩材料合适的预应力，可以较明显地改善最大调谐范围．     

一种回波重合法装置

超声脉冲“回波重合法”是目前广泛采用的声速测量方法.其原理是:通过对造成任一rf脉冲中两回波重合的扫描频率测量,以确定超声波在样品中往返传播所经历的时间.用这种方法测量超声波传播时间,精度比较高.为了保证和提高这种精度,我们对装置的稳定性、同步、回波重合的分辨本领都作了改进. 在一般的“回波重合法”装置中[1],rf脉冲和驱动回波重合的信号源,稳定性不太高.当载波频率作较大变动时,载波波形易畸变,载波频率也不能直接测量.这些缺点都会影响声速测量精度.对于需作长时间观测的实验,由于载波频率和扫描频率稳定度不够高,还会引起…     

甩带Fe85Ga15合金的巨磁致伸缩研究

利用甩带快淬方法制备了Fe85Ga1 5合金样品 .测量了样品在沿带片长度方向和厚度方向上的磁致伸缩 ,发现其值分别高达 - 1 30 0ppm和 1 1 0 0ppm .巨大磁致伸缩的获得来源于甩带样品的形状各向异性和合金内部生成的大量短程应变有序以及它们的择优取向 .样品温度特性的测量表明 ,在室温附近约 6 0℃宽的温度范围 ,合金的磁致伸缩数值基本保持不变 ;而在高温条件下 ,合金具有更大的磁致伸缩     

基于流-热耦合模型的GMM智能构件温升控制系统设计

热效应对超磁致伸缩执行器中超磁致伸缩材料性能产生非常大的影响,从而影响超磁致伸缩执行器的定位精度;提出一种简化的强制水冷策略保证磁致伸缩材料温度恒定;同时建立了超磁致伸缩材料智能构件流-热多场耦合的有限元模型,运用COMSOLMultiphysics 3.4软件对模型进行仿真,仿真结果验证了模型的正确,进一步的实验结果证实了提出的温度控制策略的有效性。     

新型表面波电流传感器优化设计

本文对结合磁致伸缩效应的新型声表面波电流传感器进行优化设计。传感器采用80 MHz声表面波双通道延迟线型差分振荡器,并在传感通道SAW器件表面声传播路径上溅射磁致伸缩薄膜,利用薄膜材料在电流激发磁场作用产生的磁致伸缩效应引起声传播速度的变化,并以相应振荡器频率的变化来表征待测电流。通过对不同磁致伸缩材料(FeCo和FeNi)以及薄膜厚度的传感效应进行分析,用以为传感器的优化设计提供思路,并通过实验进行验证,实验结果显示,相对于FeCo而言,采用FeNi作为敏感材料的电流传感器具有良好的重现性、线性度以及较高的灵敏度。     

超声双折射法测试铝合金的内部应力

声各向同性的金属材料在应力作用下表现出声各向异性,这是用声弹性法分析材料内部应力的基础。本文用偏振方向平行或垂直于应力方向的超声纯横波对LY11型铝合金进行测试。实验结果表明:材料在拉、压单轴应力作用下,偏振方向平行和垂直于应力方向的超声纯横波的声速都发生了变化。实验在分析材料声各向异性的基础上计算材料声弹性双折射系数,得到测试LY11型铝合金内部应力的理论公式,并对其内部的残余应力进行评估。实验中利用双换能器回振法测量声速,时间测试精确度可达10^-11s,可精确测量声速的微小变化量。     

Fe-Ga磁致伸缩材料的磁学特性研究

通过电阻应变片法得到其磁致伸缩系数随磁感应强度的变化关系.由磁滞回线以及磁导率随磁场变化关系可以得到该Fe-Ga磁致伸缩材料为软磁材料,几乎没有剩磁、矫顽力.     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

用半导体微位移传感器测量磁致伸缩系数

简述磁致伸缩及其参数测量原理,设计了用半导体应变计取代常用的铝丝电阻应变片,研制成新型的半导体微位移传感器,并用标准长度量具对微位移传感器进行定标,从而直接测量出材料在磁场中微小长度变化量.既解决了原先教学实验不能随意更换样品的麻烦,又提高了测量的灵敏度和精确度,准确测得多种材料的磁致伸缩系数曲线.     

甩带Fe85Ga15合金的巨磁致伸缩研究

利用甩带快淬方法制备了Fe₈₅Ga₁₅合金样品.测量了样品在沿带片长度方向和厚度方向上的磁致伸缩，发现其值分别高达－1300ppm和＋1100ppm.巨大磁致伸 缩的获得来源于甩带样品的形状各向异性和合金内部生成的大量短程应变有序以及它们的择优取向.样 品温度特性的测量表明，在室温附近约60℃宽的温度范围，合金的磁致伸缩数值基本保持不 变；而在高温条件下，合金具有更大的磁致伸缩. 关键词： 磁致伸缩 Fe-Ga合金 甩带快淬