项目名称: 面向交变载荷的Galfenol合金力传感模型与测量方法研究

项目编号: No.51205293

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 机械工程学科

项目作者: 舒亮

作者单位: 温州大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 压电材料(PZT)和超磁致伸缩材料(GMM, 牌号Terfenol-D)由于脆性大的缺陷,承受能力有限,无法对拉力和压力负载进行连续测量。Galfenol合金具有优良的磁致伸缩特性和机械加工性能,可有效克服传统智能材料的缺陷。项目以Galfenol合金为敏感元件,提出一种可以对方向交变、大小随时间变化的负载进行连续测量的新方法,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势的变化来确定外加负载的大小与方向。项目首先建立力传感器三维磁-机耦合非线性动力学模型,揭示材料磁化率与外加负载的非线性耦合函数关系。其次在模型计算的基础上,研究传感器感应电动势信号的获取与解调方法,并对外加负载进行实验标定。最后基于有限元方法分析传感器的磁特性和机械特性,完成总体结构设计与样机实现。项目开展基于连续交变测量的力传感技术的研究,是对功能材料在力传感领域的一种新的探索和尝试,对于革新传统力检测方法具有重要意义。

中文关键词: Galfenol;交变载荷;力传感;连续测量;

英文摘要: The endurances of piezo electric materials (PZT) and giant magnetostrictive materials (GMM, brand name Terfenol-D) are limited due to the brittleness of the materials. Continuous meansurements of pressure and tension cannot be achieved. Galfenol alloy is a kind of material with both mechanical strength and magnetic magnetostriction. The shortcomings of traditional smart materials can be overcomed by the development of this alloy. A novel measuring approach is proposed by using Galfenol alloy as the sensing component, in which the load can be measured continuously, even if the load changes with both direction and magnitude. Induced voltage can be generated due to the changing of the magnetic susceptibility of Galfenol. The mannitude and the direction of exterior load can be obtained by measuring the induced voltage. The three dimensional dynamic coupling model of the force sensor is developed first, in which the nonlinearity between susceptibility and exterior load can be reveled. Next, the demodulating method of induced voltge is studied based on the numerical caltulation of the model. The calibration of the force sensor is carried out by using experimental data. At last, the magnetic and mechanical properties of the sensor are studied by using finite element method,followed by the design and the implementation

英文关键词: Galfenol;Alternating loads;Force sensing;Continuous measurement;

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