超磁致伸缩压力传感器的设计及实验研究

摘要

磁致伸缩材料作为一种高新技术材料，具有磁致伸缩应变量大、磁机转化效率高、响应速度快等性能优点，正因为这些优点，磁致伸缩材料制成弹性敏感元件，用于传感器技术，是传感器技术研究的热门。本文选择“超磁致伸缩力传感器的设计及实验研究”这个课题，有一定科学与实践的研究意义，该传感器的研究成功进行性能测试，能够对Terfenol-D棒作为敏感元件应用于传感器技术，得到大大的推广，能够对传感器的研究开发提供理论与实验等技术支持。　　本文首先介绍了磁致伸缩材料及其主要性能，从不同工作原理和使用敏感元件不同综述了几类常见的力传感器，分析其优缺点，介绍了磁致伸缩材料在传感器应用中的国内外进展。本文的选题有一定的科学研究价值，描述了课题研究的主要内容。　　然后从磁畴角度分析磁场和应力对Terfenol-D棒形变量的影响，建立数学模型描述了磁场和应力对Terfenol-D棒应变、杨氏模量的影响。针对数学模型通过实验验证，将计算结果与实验结果进行对比，证明了模型可行。　　对传感器进行整体设计，包括弹簧的选择、惠更斯电桥的桥路设计、弹性敏感元件的设计、偏置磁场的选择、机械传导装置的设计等，传感器的工作偏置磁场为一固定值，利用电磁场有限元分析传感器的工作磁场，使传感器工作在最佳状态。　　计算了输出电压与输入力之间的关系，实验测试了传感器的输出性能，验证了传感器数学模型与实验结果相吻合。由实验结果研究了传感器在工作条件下的灵敏度、重复性、线性度、迟滞等静态性能。

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第一章 绪论

§1-1磁致伸缩材料概述

§1-2压力传感器的国内外发展现状

§1-3选题意义与主要研究内容

第二章 超磁致伸缩材料本征特性的研究

§2-1磁畴理论

§2-2磁场和应力同时作用对形变的影响

§2-3 偏置磁场和应力对杨氏模量的影响

§2-4本章小结

第三章 超磁致伸缩压力传感器的设计

§3-1超磁致伸缩压力传感器的结构设计

§3-2 超磁致伸缩力传感器的工作原理

§3-3 传感器各部件的设计

§3-4本章小结

第四章 超磁致伸缩压力传感器的有限元分析

§4-1 有限元分析方法简介

§4-2电磁场有限元法求解电磁场问题的基本思想

§4-3 超磁致伸缩力传感器中的磁场分析

§4-4本章小结

第五章 超磁致伸缩力传感器的计算与实验研究

§5-1 传感器的计算与分析

§5-2 力传感器的实验测试

§5-3传感器的静态特性

§5-4本章小结

第六章 总 结

参考文献

致谢