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Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析
  • ISSN号:1000-1298
  • 期刊名称:农业机械学报
  • 时间:2015
  • 页码:344-349
  • 分类:TH823[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] TP212[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[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
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51205293、51175395); 浙江省“钱江人才计划”D类计划资助项目(QJD1302003); 广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放基金资助项目(11-031-12S06)
  • 相关项目:面向交变载荷的Galfenol合金力传感模型与测量方法研究
中文摘要:

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。

英文摘要:

The magnetization model of a magnetostrictive force sensor was studied based on Fe-Ga alloy. The magnetic path of the sensor was optimized with 3D finite element method. Simulation results showed that the field distribution became linear when the magnetic path was optimized. In order to analyze the influence of biased field and loaded stress on material magnetization, the magnetization model was developed based on the homogeneous energy equation. The magnetic field and stress were taken as the independent variables in the Gibbs free energy formula thus the model could respond to both field and stress. The model was numerically solved using Newton's iteration method. In order to verify the model, a testing system was developed and both Fe-Ga alloy and Terfenol-D were tested. Comparisons of simulations and experiments showed that the proposed model could predict the changing of the magnetization properly. The influence of the biased field could be predicted as well. Comparisons of Fe- Ga alloy and Teffenol-D showed that Fe-Ga was more sensitive to the biased field and the hysteresis nonlinearity was lower than Terfenol-D. Since there is no annealed stress in Terfenol-D, it is observed negative magnetization when the material is subjected to cyclic stress with low biased field.

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期刊信息
  • 《农业机械学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国农业机械学会 中国农业机械化科学研究院
  • 主编:任露泉
  • 地址:北京德胜门外北沙滩一号6号信箱
  • 邮编:100083
  • 邮箱:njxb@caams.org.cn
  • 电话:010-64882610 64867367
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-1298
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1964/S
  • 邮发代号:2-363
  • 获奖情况:
  • 荣获中国科协优秀期刊二等奖,1997~2000年连续4年获中国科协择优资金,被列入中国期刊方阵,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),英国农业与生物科学研究中心文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:42884