超磁致伸缩换能器建模方法

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1、超磁致伸缩换能器的建模方法本文由chenchao696贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第"+卷第.期?开发与创新?#!!$年""月机电产品开发与创新4565789:5;<=>;;86?<@8;8A:?BC@;5DE=575B

2、机械结构参数和电源特性参数，必须建模研究。本文讨论了超磁致伸缩换能器的建模方法，为换能器的设计、研究提供借鉴。关键词：超磁致伸缩；换能器；动态模型；机电耦合中图分类号：/’(0文献标识码：1文章编号："--()220$（(--3）-2)-(.)-$!引言超磁致伸缩材料是近年来新发现的一种高技术功能缩短，进而推动输出杆伸缩，输出杆的伸缩又会使弹性盖板产生振动，将电磁能转变为机械能，实现能量的转换。（）超磁致伸缩换能器动态行为的描述。描述超磁$致伸缩换能器动态行为的方法一般有两种：一种是使用某个特定的能量函数建立运动方程式；另一种是基于特定的物理现象，利

3、用已知的物理定律等建立起运动方程式。根据描述动态行为方法的不同，超磁致伸缩换能器动态特性研究的模型可分为三种。以下详细描述具有典型意义的三种建模方法。材料。具有磁致伸缩应变大、储能密度高、声速小和工作电压低等特性，因此，在制作高频、大功率、宽频带电声换能器领域内具有广阔的应用前景。对超磁致伸缩换能器的系统建模，模型中的各个参数对应于换能器各部件的物理特征，可以便于优化机械结构参数并发挥电源的最大工作潜力，同时也可为超磁致伸缩换能器的设计提供理论依据!"#$%。系统地介绍了现有描述超磁致伸缩换能器动态特性模型的建立方法，可为该新型材料换能器的研发及性能

4、评估提供参考。#拉格朗日方程模型（）拉格朗日方程法的建模过程。超磁致伸缩换能""超磁致伸缩换能器原理（）超磁致伸缩换能器的结构。由弹性盖板、弹簧"器实际上包括三个相互关联的部分：以辐射声波的振动板为中心的机械声系统；起电)声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统；担任电信号输入输出的电学系统。分析这种复合系统的工作特性可采用拉格朗日)麦克斯韦方程式!"%和输出杆组成的预压力组件给&’’棒施加一轴向预压力，轴向预压力可以使&’’棒内部磁畴在零磁场时尽可能沿着与轴向应力垂直的方向排列，在外加激励磁场的作用下，可获得较大的轴向磁致伸缩应变；永磁铁给。该类型

5、换能器可看成电学元件*、+、,。其参数是代表机械声系统方面振动位移的坐标的函数。这样对于整个换能系统就可以用这样的系统来替代：将其中的换能器忽略，在电)机械系统中，电学元件的参数是机械)声系统方面的坐标的函数，而电学系统方面的坐标，则是在振动分量上叠加大的直流分量。进而使用特定的能量函数：拉格朗日)麦克斯韦方程式建立运动方程式，从而建立起描述这种复合系统工作特性的方程式。（）拉格朗日方程法的建模特点。它从能量转换关(系入手，建立了电声型换能器的电)机械关系模型，较准确地反映了这个复合系统的工作特性。但实际上，构成系统的电学系统和机械系统各自都有许多自

6、由度，结&’’棒施加一定强度的极化磁场，以消除倍频现象并使&’’棒的磁致伸缩形变处于线性区域，从而方便对其实施控制；弹性盖板、壳体、&’’棒、永磁铁、输出杆和气隙等组成闭合磁路，以防止漏磁通。（）超磁致伸缩换能器的工作原理。该类型换能器(在工作时驱动线圈中通入交变的电流，产生交变的驱动磁场，磁场大小的交变会使超磁致伸缩棒的长度伸长和收稿日期：#!!$%!&%!"作者简介：张玉宝（，!"#$%）男，内蒙古丰镇县人，博士生，副教授。主要研究方向：机械电子工程及虚拟仪器。&%’()*+,-./,0!$#123’。(.开发与创新?果可能会造成工作方程式成为含

7、有按自由度求和的非常复杂的结构，这样复杂的方程式，用一般的分析手段是很难解决的。为了减少自由度以得到简单的方程式来描述的模型，在设计时就必须想方设法努力排除无用元件，即使经过很多努力，也只能在最小限度频带内，实现了设计能力勉强可及的简单模型。轴向位移，即可知道磁感应强度与输出位移的关系。依照电压与磁感应强度的电磁转换关系，进一步得到电压与输出位移的关系，这样即建立起换能器输入7输出间的数学模型。（）离散化模型的特点。该种模型的建立考虑了弹5性模量随磁场、磁导率随位移的变化，实际过程已由计算机程序实现。但该模型建模方法复杂，需要相应的数学知识繁多，不利

8、于推广应用。!离散化模型（）离散化模型建模过程。针对换能器的离散化模!+,-型有很多研究者进行了研究，"#$