應(yīng)用于磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀物理科技創(chuàng)新大賽作品申報書

1、編碼： 山東省第四屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽作品申報書 作品名稱： 應(yīng)用于磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀 學(xué)校全稱： 中國石油大學(xué)（華東） 申報者姓名： 郭敏強 指導(dǎo)教師： ?、? 類別：b類實驗方法研究（a類）自制實驗教學(xué)儀器（b類）物理量智能化測量技術(shù)（c類）實驗?zāi)M與仿真（d類）實物類（e類）山東省第四屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽組委會制2012年3月 申 報 者 情 況申報者情況姓 名郭敏強性別男出生年月1992年11月21日學(xué)校全稱中國石油大學(xué)（華東）專業(yè)應(yīng)用物理學(xué)現(xiàn)學(xué)歷本科年級2009級學(xué)制4年通訊地址山東省青島市黃島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)長江西路66號聯(lián)系電話*合作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所

2、在單位穆偉平男23在讀本科中國石油大學(xué)（華東）劉慧男24在讀本科中國石油大學(xué)（華東）楊斌男22在讀本科中國石油大學(xué)（華東）指導(dǎo)教情況和見指導(dǎo)教師情況 姓名*性別*年齡*職 稱*單位*聯(lián)系電話*對作品的真實性以及作品的意義、水平等評價一、作品的真實性該測定儀是在調(diào)研文獻的基礎(chǔ)上，充分利用普通物理實驗所學(xué)的相關(guān)知識和物理實驗中心現(xiàn)有的實驗設(shè)備，發(fā)揮自主創(chuàng)新能力，獨立改裝設(shè)計實驗，巧妙地將三項實驗（惠更斯電橋法、電阻應(yīng)變片法、相關(guān)量代換法）中的測量技術(shù)、測量思想有機結(jié)合在一起，完成了儀器的物理理論部分。新的測量方法從一個全新的角度精確、簡潔地完成了磁致伸縮系數(shù)的高精度測量，既有利于學(xué)生更好地掌握實驗

3、的精髓，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，也有利于物理實驗教學(xué)，降低了實驗室維護成本，為實驗室建設(shè)提供了新的思路。該測定儀依托于上述理論，結(jié)合電工電子學(xué)相關(guān)知識，原理結(jié)構(gòu)清晰，設(shè)計方案合理，實驗方法新穎，具有較高的創(chuàng)新性，適合于在實驗室推廣的同時也滿足了一定的實際需求，有效解決傳統(tǒng)實驗中存在的諸多問題的同時簡化了測量過程。二、作品的意義磁致伸縮材料是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。對磁致伸縮材料進行研究，最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的工作就是對靜態(tài)磁致伸縮性能的測量，即對磁致伸縮系數(shù)的測量。這種材料可將電磁能（或電磁信息）轉(zhuǎn)換成機械能或聲能（或機械位移信息或聲信息），也可以將機械能（或機械位移與信息）轉(zhuǎn)換成電磁能（或電磁信息），

4、是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料。該磁致伸縮測定儀的成功研制，減小了體積，降低了實驗成本，可移動性、可攜帶性加強，其將對聲納的水聲換能器技術(shù)、電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機翼、機器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生影響，具有較廣泛的應(yīng)用前景。三、作品的水平該磁致伸縮儀是在調(diào)研了大量市場相關(guān)儀器的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗中所做出的新理論，制訂了實施性較強的方案。理論部分為將長度測量轉(zhuǎn)化成電阻和檢流計偏轉(zhuǎn)值的測量，并利用整體代換等思想推導(dǎo)獲得了用檢流計偏轉(zhuǎn)值計算磁致伸縮系數(shù)的計算式。該測定儀結(jié)構(gòu)緊湊簡單、測量簡潔快速、操作方便

5、、精度較高，達到了一個試驗測定儀所追求的效果。隨著鐵磁材料特性研究的不斷發(fā)展，磁致伸縮效應(yīng)在工業(yè)傳感器技術(shù)中的應(yīng)用也不斷得到發(fā)展，該測定儀對磁致伸縮系數(shù)的測量不僅能使人們在教學(xué)上獲益，也能夠推動磁致伸縮效應(yīng)在檢測技術(shù)、工程工業(yè)及其他方面中的應(yīng)用。申報者所在學(xué)院審核意見 年 月 日申報作品情況（由申報者本人填寫）作品全稱應(yīng)用于磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀展示形式及實物尺寸軟件 ； 實物及尺寸：作品設(shè)計的目的和基本思路（相關(guān)資料作為附件，例如研究報告、實驗數(shù)據(jù)、外觀圖、鑒定證書和應(yīng)用證書等）一、設(shè)計的目的1.解決傳統(tǒng)實驗室和市場上磁致伸縮測試儀器均為大型專業(yè)設(shè)備，體積大、讀數(shù)誤差較大、操作復(fù)雜

6、、價格昂貴等問題，設(shè)計制作新的測量儀應(yīng)用于實際測量，在實驗室做進一步推廣；2.用新測定儀器，通過非平衡電橋和電阻應(yīng)變片實現(xiàn)鐵磁質(zhì)磁致伸縮系數(shù)的高精度測量，同時提高實驗效率；3.解決超微弱信號在實驗室和工業(yè)測量中的應(yīng)用； 4.以研究為契機，進一步實現(xiàn)整套磁致伸縮材料物理學(xué)性能（如磁致伸縮系數(shù)，磁滯回線，磁阻隨磁場的變化關(guān)系等）的研究；5.使磁致伸縮測量不僅能使人們從教學(xué)上獲益，也能夠推動磁致伸縮效應(yīng)在檢測技術(shù)、工業(yè)傳感器技術(shù)、能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料、換能器技術(shù)、海洋探測技術(shù)、微位移致動、智能機翼、機器人等高技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。二、基本思路針對實驗室及工業(yè)中對磁致伸縮系數(shù)測量存在的諸多問題，進行逐一

7、解決，基本步驟如下：1.通過參研大量國內(nèi)外文獻資料及市場上相關(guān)儀器的狀況和存在的問題，借鑒成功的案例，提取足夠的實驗前期準(zhǔn)備，制定出最佳、最合理的實驗設(shè)計方案。2.運用已經(jīng)成功驗證的物理理論原理，將測量磁致伸縮系數(shù)的核心部分有效地結(jié)合到電子元器件電路中。3.將物理原理、電子器件所能達到的測量范圍、實際中存在的影響因素結(jié)合到一起，全面綜合考慮，對設(shè)計方案進行試驗。4.分析儀器測量數(shù)據(jù)和實驗室中組合電路的測量數(shù)據(jù)，做出合理的分析解釋，并對該測定儀的適用范圍進行限定。5.對電路中所有單片機程序進行調(diào)節(jié)，使其與硬件部分完整結(jié)合，同時考慮方案進一步的簡化濃縮，使其同時實現(xiàn)自動和手動兩種測量功能。作品的創(chuàng)

8、新點、技術(shù)難點和實際應(yīng)用情況一、創(chuàng)新點1.該測定儀的理論新方法改變了傳統(tǒng)磁致伸縮儀器計算復(fù)雜、體積龐大、價格昂貴和讀數(shù)誤差大的缺陷，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)緊湊簡單、測量簡潔快速、操作方便、結(jié)果精度較高的效果，只須在檢驗定標(biāo)之后直接將待測材料置于磁場中，數(shù)碼管顯示出新方法中所需的壓差數(shù)值即可，達到了一個試驗測定儀所追求的效果。2該測定儀運用ad524放大器、濾波模塊和16位ad模塊ads7825p實現(xiàn)了實驗中直流復(fù)射式檢流計的功能作用，達到了高精準(zhǔn)測量的效果，有效地解決了實驗測量中的核心問題。3該作品在一定程度上解決了當(dāng)前實驗儀器研究中存在的超微弱信號極難測量和穩(wěn)定的問題，為以后的相關(guān)研究提供了范例，可用于

9、實際測量，在實驗室可作進一步推廣。二、技術(shù)難點1.在磁致伸縮材料表面徑向粘貼電阻應(yīng)變片，要求粘貼的電阻應(yīng)變片能與材料伸縮形變同步增減。 2.由于在1-30mt勵磁場下引起應(yīng)變片的電阻變化量極小，那么對于該測定儀實現(xiàn)超微弱信號的測量成為首要難點和重點。3.該測定儀減少了組合電路測量實驗中電阻箱須加以校準(zhǔn)的步驟，卻增加了器件產(chǎn)生噪聲，信號手干擾程度大不穩(wěn)定，計算機所能識別的數(shù)據(jù)位數(shù)有限制等難題。4.在實驗中的測量轉(zhuǎn)化到電子器件中時，不能實現(xiàn)一對一的配置，需經(jīng)過不斷的需求值轉(zhuǎn)換，需要不斷地分析引入量對整個測量系統(tǒng)的影響程度。5.制作過程中器件結(jié)合在一起時極容易損壞，需不斷的分析每個模塊、管腳、電路端

10、口的電壓值和整體影響效果，來確保下一步實驗測量的實現(xiàn)。三、實際應(yīng)用情況1.該測定儀對磁致伸縮系數(shù)測量，結(jié)合材料的組成、種類和外施磁場的大小等因素有關(guān)，可用在研究應(yīng)用領(lǐng)域中；2.該測定儀對磁致伸縮材料的物理學(xué)性能的測定，可以拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，為今后的縱向研究奠定基礎(chǔ)；3.磁致伸縮材料是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料，測定儀對其性能的研究，一定程度上可發(fā)掘出材料的潛在使用價值；4.該測定儀是在完成了普通物理實驗教程的基礎(chǔ)上設(shè)計并提出的，它結(jié)合了物理實驗中所學(xué)的相關(guān)知識，立足于實驗室的需求，適合于在實驗室推廣使用，也適合實際應(yīng)用；5.將改進后實驗裝置和方法應(yīng)用于實際測量后，精度高、工作穩(wěn)定，結(jié)果顯示：新

11、的裝置和方法簡化了測量過程，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，而且該技術(shù)可以用來比較準(zhǔn)確地檢測各種磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)，滿足檢測技術(shù)及其他方面中的應(yīng)用；6.后期將嘗試將其用于水下通訊、制導(dǎo)、捕魚、油井及地質(zhì)探測等，其它方面應(yīng)用包括閥門控制、精密車床、機器人、蠕動馬達、阻尼減振、延遲器及傳感器等方面。其他說明1.在威海舉行的山東省第三屆物理科技創(chuàng)新大賽“磁致伸縮材料物理學(xué)性能新型測定方法的研究”獲得一等獎；2.在實驗的基礎(chǔ)上已撰寫出磁致伸縮系數(shù)測定新方法的研究論文一篇，已被中文核心期刊實驗室研究與探索錄用，定于2012年12月發(fā)表；3.對于所做出的新測量方法，申請國家發(fā)明專利“一種測量磁致伸縮系數(shù)的

12、新方法（專利號2012101216377）”一項，已經(jīng)受理，并且初步審查合格，進入實質(zhì)審查階段。4.本實驗裝置和測量方法已應(yīng)用于實際測量，結(jié)果顯示裝置性能較好，能達到預(yù)期效果；5.該儀器申請國家實用新型專利“應(yīng)用于磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)測定儀（專利號2012202741796）”并已經(jīng)受理；6.該試驗測定儀的研制受國家級大學(xué)生創(chuàng)新試驗項目“磁致伸縮材料物理學(xué)性能測定新方法的研究（項目編號111042559）”的依托進行。評審委員會意見組委會秘書處資格審查通過審查 未通過審查 審查人（簽名） 年 月 日評審小組成績 小組內(nèi)排名： 得 分： 組長（簽名） 年 月 日評審會終審建議特等獎 一等獎二

13、等獎 三等獎未獲獎 主任（簽名） 年 月 日編碼： 山東省第四屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽作品申報書 作品名稱： 應(yīng)用于磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀 學(xué)校全稱： 中國石油大學(xué)（華東） 申報者姓名： 郭敏強 指導(dǎo)教師： 張亞萍、劉彥民 類別：b類實驗方法研究（a類）自制實驗教學(xué)儀器（b類）物理量智能化測量技術(shù)（c類）實驗?zāi)M與仿真（d類）實物類（e類）山東省第四屆大學(xué)生物理科技創(chuàng)新大賽組委會制2012年3月目 錄第一章 作品研究綜述101 儀器制作項目簡介101.1 團隊簡介101.2 項目小結(jié)112 儀器研究背景和目的113 當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述123.1 國外稀土磁致伸縮材料的應(yīng)用

14、現(xiàn)狀123.2 國內(nèi)稀土磁致伸縮材料的應(yīng)用現(xiàn)狀143.3 現(xiàn)階段市場上存在的儀器14第二章 磁致伸縮系數(shù)測定儀制作說明161 儀器制作原理161.1 fe-ga合金的磁致伸縮應(yīng)變機制161.2 應(yīng)變電阻片測量法161.3 實驗原理171.4 非平衡電橋法測量磁致伸縮系數(shù)原理181.5 平衡電橋法測定測量磁致伸縮系數(shù)原理182 儀器實施方式192.1 儀器的裝置和技術(shù)特點192.2 儀器測量的具體實施方式192.3 儀器定標(biāo)20第三章 儀器的測量精度分析211 測量評定過程212 測量結(jié)果及分析212.1 非平衡電橋法實驗結(jié)果及分析212.2平衡電橋法實驗結(jié)果及分析232.3 綜合比較分析23第

15、四章 工業(yè)應(yīng)用展望251 優(yōu)勢分析251.1 測量靈敏度高251.2 采用連續(xù)、無損測試方法251.3 測量范圍廣251.4 儀器成本低252 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測253 應(yīng)用領(lǐng)域分析26第五章 結(jié) 論28參考文獻28附 錄30致謝：36第一章 作品研究綜述1 儀器制作項目簡介1.1 團隊簡介本團隊是中國石油大學(xué)理學(xué)院組建的物理技能創(chuàng)新大賽競賽團隊，團隊成員具有豐富的科研經(jīng)歷，其中團隊負(fù)責(zé)人郭敏強：作品“磁致伸縮材料物理學(xué)性能新型測定方法的研究”獲得山東省第三屆物理科技創(chuàng)新大賽一等獎；“基于單片機的單擺法智能重力加速度測量裝置的研制”獲得山東省第三屆物理科技創(chuàng)新大賽三等獎；承擔(dān)國家級大學(xué)生創(chuàng)

16、新性實驗計劃項目“磁致伸縮材料物理學(xué)性能測定新方法的研究（項目編號111042559）”；在中文核心期刊投稿二篇論文已被錄用等待發(fā)表；申請國家發(fā)明專利6項，實用新型專利6項；參加國家級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目“激光衍射法測量氣泡膜剪切彈性模量和表面粘度（編號101042537）”、“新型太陽能自動跟蹤系統(tǒng)追日裝置的設(shè)計（項目編號111042565）”，校級大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目“基于單片機8051系列的紅綠燈試驗儀的開發(fā)（項目編號20111145）”、“基于單片機的單擺法智能重力加速度測量裝置（項目編號20111149）”；第八屆“挑戰(zhàn)杯”博德世達中國石油大學(xué)（華東）大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃大賽中獲得銅獎。團隊成

17、員穆偉平為機電學(xué)院在讀本科生，多次參加電子設(shè)計大賽，分別獲得省一等獎、三等獎，在電子電路方面具有豐富的知識。團隊成員劉慧是計算機專業(yè)的學(xué)生，在程序編寫和調(diào)節(jié)方面具有豐富的底蘊和基礎(chǔ)，現(xiàn)已被保送為研究生。團隊指導(dǎo)老師張亞萍副教授為中國石油大學(xué)（華東）物理實驗中心副主任，碩士生導(dǎo)師，主要從事物理實驗教學(xué)與研究工作。近3年主持?？蒲许椖?項，校級實驗技術(shù)改革項目1項，完成并驗收校級實驗技術(shù)改革重點項目1項、校級教改項目1項；參與國家自然科學(xué)基金1項、山東省自然基金2項；獲得校級優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎1項，優(yōu)秀實驗技術(shù)成果一等獎1項、二等獎2項。山東省物理實驗教學(xué)示范中心及大學(xué)物理實驗省級精品課程主要負(fù)責(zé)

18、人之一。多次指導(dǎo)學(xué)生參加科技活動并獲得優(yōu)異成績。團隊指導(dǎo)老師劉彥民是物理實驗中心副主任，主要從事智能儀器檢測，計算機軟硬件結(jié)合的相關(guān)研究工作。在電子電路設(shè)計，儀表檢測和應(yīng)用方面具有豐富的經(jīng)驗。1.2 項目小結(jié)項目名稱：應(yīng)用于磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀項目開始時間：2011年9月思路來源：基礎(chǔ)物理實驗教程平衡電橋法測量磁致伸縮系數(shù)項目主要解決問題：其他磁致伸縮材料的磁致伸縮特性測定儀操作方法繁瑣，運行成本高，測量不連續(xù)，體積大，不宜攜帶等問題。項目主要創(chuàng)新點：該儀器制作成本低，可實時、連續(xù)、精確地用于測量磁致伸縮材料的磁致伸縮特性，并能對磁致伸縮材料的磁滯回線進行顯示。2 儀器研究背景和目

19、的鐵磁性物質(zhì)在被外磁場磁化時，其體積和長度會發(fā)生變化，通常把這種效應(yīng)稱為磁致伸縮效應(yīng)。當(dāng)長度為l的磁性材料在磁化方向上的長度變化為l時，磁致伸縮系數(shù)可表示為：=ll。純鐵的磁致伸縮系數(shù)僅為2010-4左右。20世紀(jì)70年代，美國海軍表面武器實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)超磁致伸縮材料tbo0.27dy0.73fe2合金磁致伸縮系數(shù)可達200010-6以上，使磁致伸縮材料的研究和應(yīng)用達到了新的高度，作為磁學(xué)與磁性材料領(lǐng)域的重要組成部分，磁致伸縮效應(yīng)和磁致伸縮材料的應(yīng)用與研究從未停止過。研究人員于2000年發(fā)現(xiàn)了新型的低場磁致伸縮材料，為磁致伸縮材料提出了新的發(fā)展方向。磁致伸縮材料可實現(xiàn)電磁能與機械能或聲能

20、的相互轉(zhuǎn)換，因此它是重要的能量與信息轉(zhuǎn)換功能材料，在換能器技術(shù)、海洋探測技術(shù)、微位移致動、智能機翼、機器人等高技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，同時，它是新世紀(jì)提高國家競爭力的戰(zhàn)略性功能材料。對磁致伸縮材料進行研究，最基礎(chǔ)也是最重要的工作就是對磁致伸縮系數(shù)隨磁場變化關(guān)系(磁致伸縮曲線)的測量，磁致伸縮系數(shù)是磁致伸縮材料的核心特性參數(shù)。然而，目前市場上磁致伸縮測試儀器均為大型專業(yè)設(shè)備，由于體積大、操作復(fù)雜、價格昂貴等原因不便推廣。靜態(tài)磁致伸縮測試儀可以準(zhǔn)確測量鐵磁合金的磁致伸縮系數(shù)并實時生成磁致伸縮曲線。該儀器具有較高測量精度，不僅適用于科研工作中的磁性測量，還可以應(yīng)用于高校理工類學(xué)生的物理實驗教學(xué)。

21、3 當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述精確測量磁致伸縮材料的磁致伸縮特性中的磁致伸縮系數(shù)是最基礎(chǔ)也是最重要的工作。磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)是衡量材料本身性質(zhì)的一項重要指標(biāo)，目前測量磁致伸縮系數(shù)的方法主要有邁克爾遜測量法、光杠桿和機械杠桿組合測量法等。利用這些方法所制作的實驗儀器比較多，應(yīng)用于精確測量磁致伸縮材料的磁致伸縮特性的測定儀多為磁致伸縮系數(shù)測量儀和弱磁滯回線測量儀，其國內(nèi)外應(yīng)用研究情況如下：3.1 國外稀土磁致伸縮材料的應(yīng)用現(xiàn)狀磁致伸縮材料在聲納的水聲換能器技術(shù)，電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機翼、機器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、

22、泵、波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。稀土超磁致伸縮材料在聲頻和超聲技術(shù)方面也有廣闊的應(yīng)用前景，例如用該材料可制造超大功率超聲換能器。過去的超聲換能器主要是用壓電陶瓷(pzt)材料來制造，它僅能制造小功率(2.0kw)的超聲波換能器，國外已用稀土超磁致伸縮材料來制造出超大功率(625kw)的超聲波換能器。超大功率超聲波技術(shù)可產(chǎn)生低功率超聲技術(shù)所不能產(chǎn)生的新物理效應(yīng)和新用途，如它可使廢舊輪胎脫硫再生，可使農(nóng)作物大幅度增產(chǎn)，可加速化工過程的化學(xué)反應(yīng)。此研究有重大的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益；用該材料制造的電聲換能器，可用于波動采油，可提高油井的產(chǎn)油量達20100，可促進石油工業(yè)的發(fā)展；用該材料制造的

23、薄型(平板型)喇叭，振動力大，音質(zhì)好，高保真，可使樓板、墻體、桌面、玻璃窗振動和發(fā)音，可作水下音樂、水下芭蕾伴舞的喇叭等。此外，用該材料可制造反噪聲與噪聲控制，反振動與振動控制系統(tǒng)。將一個咖啡杯人力反噪聲控制器安裝在與引擎推進器相連接的部件內(nèi)，使它與噪聲傳感器聯(lián)接，可使運載工具的噪聲降低到使旅客感到舒服的程度(20db以下)。反振動與減振器應(yīng)用到運載工具，如汽車等，可使汽車振動減少到令人舒服的程度。用稀土超磁致伸縮材料制造的微位移驅(qū)動器，可用于機器人、自動控制、超精密機械加工、紅外線、電子束、激光束掃描控制、照相機快門、線性電機、智能機翼、燃油噴射系統(tǒng)、微型泵、閥門、傳感器等。目前從事超磁致伸

24、縮材料研究的，包括美國、瑞典、德國、俄羅斯、英國、法國、日本等已有50多家公司，正在或準(zhǔn)備開發(fā)這種材料的各種可能應(yīng)用。稀土超磁致伸縮材料是國外八十年代末新開發(fā)的新型功能材料，主要是指稀土-鐵系金屬間化合物，特別是鋱鏑鐵磁致伸縮合金(terfenold)的成功研制，更是開辟了磁致伸縮材料的新時代，terfenold是70年代才發(fā)現(xiàn)的新型材料。美國前沿技術(shù)(edge technologies)公司1989年開始生產(chǎn)稀土大磁致伸縮材料，其商品牌號為terfenold，隨后瑞典feredyn ab公司也生產(chǎn)、銷售稀土大磁致伸縮材料，產(chǎn)品牌號為magmeg86，近10多年來，日本、俄羅斯、英國和澳大利亞

25、等也相繼研究開發(fā)出tbdyfe2型磁致伸縮材料，并有少量產(chǎn)品銷售。稀土磁致伸縮材料主要用于制作大功率聲納，后者廣泛應(yīng)用于水下通訊、制導(dǎo)、捕魚、油井及地質(zhì)探測等。其它應(yīng)用包括閥門控制、精密車床、機器人、蠕動馬達、阻尼減振、延遲器及傳感器等。稀土磁致伸縮材料的開發(fā)與應(yīng)用，日益受到人們的關(guān)注，產(chǎn)量及市場消費量增長非常迅速。據(jù)美國前沿技術(shù)公司統(tǒng)計，全世界terfenold合金產(chǎn)量，1989年僅為100kg，1993年約l000kg，1995年達到10t，而到1997年已達到70t。美國國內(nèi)每年用于聲納等器件的terfenold材料價值約數(shù)百萬到1千萬美元，聲納、油壓機、機器人等器件的市場金額每年約6億

26、美元。最近5年來，terfenold的市場年增長率為100。近期，美國宇航局與energen公司簽約，投資開發(fā)新一代太空望遠(yuǎn)鏡用致動裝置。近幾年來，國外研制了近千種應(yīng)用器件，批準(zhǔn)的美國專利已超過一百多件，據(jù)專家分析，在2015年之前，terfenold的市場將包括以下幾部分：在運輸業(yè)的主要產(chǎn)品為剎車線、燃料注入、降噪減震、閥和泵以及線性馬達。在航空、航天、航海及其它部門中的應(yīng)用器件除聲納外，還包括線性馬達、致動器、液體動力系統(tǒng)、薄膜、傳感器和降噪減震系統(tǒng)。在加工、制造中的應(yīng)用包括精密定位系統(tǒng)、印刷業(yè)的雕版打印頭、精密機床的工具定位和主動減震，用于機械手、機器人等各種自動化設(shè)備的致動器和馬達及傳

27、感器等。日本已用稀土超磁致伸縮材料來制造海洋聲學(xué)斷層分析系統(tǒng)oat(ocean acoustic topography)和海洋氣候聲學(xué)溫度測量系統(tǒng)atoc(the acousticthericometrv of ocean climate)的水聲發(fā)射換能器，其信號可發(fā)射到1000km的范圍，可用于測量海水溫度和海流的分布圖。3.2 國內(nèi)稀土磁致伸縮材料的應(yīng)用現(xiàn)狀我國幾個重要研究單位于90年代前后開始研究tbdyfe晶體磁致伸縮材料，如中科院物理所、金屬所、包頭稀土院、北京科技大學(xué)等，雖然實驗室研究達到了較高水平，但目前都沒有實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)。近幾年來，稀土超磁致伸縮材料的應(yīng)用研究在國內(nèi)也得到了重視

28、，在聲納、精密機械、高速閥門等方面應(yīng)用取得了一些進展。稀土超磁致伸縮器件研究已列入國家“九五”攻關(guān)項目。鋼鐵研究總院科研開發(fā)組和中科院聲學(xué)研究所協(xié)作研制稀土-鐵系超磁致伸縮材料水聲換能器。北京有色金屬研究總院通過中國有色金屬工業(yè)總公司向國家申請利用世界銀行科技發(fā)展項目貸款，在北京建立“稀土材料國家工程研究中心”。超磁致伸縮材料gmm促進了聲納的發(fā)展，稀土超磁致伸縮材料terfenold優(yōu)越的特性使它具有廣泛的應(yīng)用前景，例如低頻大功率而體積小重量輕的聲納換能器能提高海軍的防衛(wèi)和攻擊能力，是它的典型而又重要的一個應(yīng)用。稀土超磁致伸縮材料在水聲換能器上的應(yīng)用有：(1)圓柱形水聲換能器；(2)復(fù)合棒(

29、tonpilz)換能器；(3)型彎張水聲換能器；(4)flextensional underwater acoustical transducer)；(4)用于海洋聲層析(tomography)的水聲換能器；(5)janus換能器；(6)型彎張稀土超磁致伸縮水聲換能器(flextensional class)；(7)超導(dǎo)稀土超磁致伸縮水聲換能器。稀土磁致伸縮材料可作成超聲波清洗機、焊接機和超聲外科手術(shù)刀等使用的高頻超聲換能器。另一種提高稀土超磁致伸縮材料高頻特性的方法是使用稀土超磁致伸縮復(fù)合材料，它是由稀土超磁致伸縮材料的粉末與粘接劑合成的金屬基體復(fù)合材料。3.3 現(xiàn)階段市場上存在的儀器3.3

30、.1 trs-2磁致伸縮測試儀圖1-1 trs-2磁致伸縮測試儀該設(shè)備用于測量單片電磁鋼板（硅鋼板）在交流磁化過程中磁化方向所產(chǎn)生的機械變形（磁致伸縮），適用于電磁鋼板的研究開發(fā)以及檢測。采用激光測試原理，可以在正弦波、三角波、方波等波形條件下測試，但其體積大，不方便攜帶使用，價格昂貴，動輒上萬甚至幾十萬，維護費用也比較高，一般的公司或工廠很少購買，比較難以得到推廣。3.3.2 bkt-3薄膜磁致伸縮測量儀圖1-2 bkt-3薄膜磁致伸縮測量儀磁致伸縮薄膜材料在微機電系統(tǒng)(mems)、水下聲納等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，由于磁致伸縮薄膜的磁致伸縮系數(shù)的絕對值很小，因此對薄膜材料的磁致伸縮系數(shù)進行直接

31、測量十分困難。bkt-3薄膜磁致伸縮測量儀采用激光光杠桿放大的方法測量磁致伸縮薄膜懸臂梁的微撓度，從而實現(xiàn)磁致伸縮系數(shù)的測試。光杠桿法所測量出的精度因為材料及方式的局限性，很難達到非常高的精度。很容易看出，其體積較大，重量大，不宜移動，不方便攜帶，對于廣泛應(yīng)用帶來了較大限制。3.4 其他分析方法和儀器圖1-3 磁致伸縮參數(shù)測量儀磁致伸縮材料多參數(shù)測量系統(tǒng)是一種測量超磁致伸縮材料特性參數(shù)隨外加交、直流磁場變化情況的裝置。該系統(tǒng)由電磁鐵、電磁鐵穩(wěn)流電源、磁通測量單元、磁場測量單元、應(yīng)變測量單元、阻抗測量單元、亥姆亥茲線圈、音頻勵磁電源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、壓力包、計算機和激光打印機等組成。這種儀器不但體

32、積大，笨重，而且因為本身和所帶部分過多，影響過大，極不穩(wěn)定，測量時非專業(yè)人士不可。第二章 磁致伸縮系數(shù)測定儀制作說明1 儀器制作原理1.1 fe-ga合金的磁致伸縮應(yīng)變機制 fe-ga磁致伸縮材料為體心立方結(jié)構(gòu)，它具有高的磁致伸縮各向異性。fe-ga合金的磁致伸縮應(yīng)變主要是在磁化過程中非180疇壁位移或磁矩的轉(zhuǎn)動造成的4。磁疇的疇壁位移及磁矩的轉(zhuǎn)動與合金的取向和磁矩有密切關(guān)系，fe-ga合金的易磁化方向為方向。對于軸向取向的多晶合金,當(dāng)在磁矩取向方向施加一磁場時，為了減小靜磁能，軸向取向合金的磁矩會向方向旋轉(zhuǎn)，各個晶粒的磁致伸縮應(yīng)變都沿方向做有序排列，因而fe-ga合金表現(xiàn)出大的磁致伸縮應(yīng)變5

33、。1.2 應(yīng)變電阻片測量法電阻應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件，其結(jié)構(gòu)是將金屬絲或半導(dǎo)體制成柵（如圖2-1）貼在基底上。當(dāng)用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地貼在測試體表面；當(dāng)測試體受力發(fā)生形變時，應(yīng)變片的敏感柵變形，其電阻隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測試電路將測試體的形變信息轉(zhuǎn)換成電阻電信號輸出顯示6。由于磁致伸縮形變率正比于電阻變化率，則測量磁場內(nèi)黏貼電阻應(yīng)變片樣品的磁致伸縮系數(shù)7可表示為 （1）式中c為應(yīng)變電阻片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，r為應(yīng)變電阻片的原阻值，k為包含測量系統(tǒng)的放大倍數(shù)。 圖2-1 電阻應(yīng)變片傳感器設(shè)r20為黏于待測樣品上的電阻應(yīng)變片，當(dāng)樣品的長度發(fā)生變化l/l時，電阻應(yīng)變片也與之發(fā)生一定比例的變

34、化，電阻應(yīng)變片的阻值變?yōu)?（2）為電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，由廠家給出。本實驗中所用fe-ga磁致伸縮材料，廠家所給的s值為2.1。1.3 實驗原理在非平衡電橋的基礎(chǔ)上，用整體代換的思想，可改裝為如圖2-2所示的電路，電阻r1和r4為比率臂電阻（取r1:r4=1:1），r20為黏貼于待測樣品上的應(yīng)變片電阻（4個350歐應(yīng)變片電阻串聯(lián)），r2、r3為可調(diào)電阻箱，橋上為靈敏電流計。（電源電壓25v）在連接電路之前，首先用電流表檢驗電阻箱阻值變化是否均勻，之后按照圖2-2連接實驗電路6,8。閉合開關(guān)k1、k2，將k3置于r20，調(diào)節(jié)r3使得檢流計示數(shù)為零，記錄下此時r3的阻值（即所測得所貼應(yīng)變片r20的

35、阻值）。將開關(guān)k3置于r2，調(diào)節(jié)r2使得檢流計示數(shù)為零，并以此時為基準(zhǔn)，逐次向同一個方向調(diào)節(jié)r2，并記錄r2阻值和對應(yīng)的檢流計示數(shù)，作r2/r2-關(guān)系曲線。若此時關(guān)系曲線線性程度好，則可運用非平衡電橋原理實現(xiàn)高精度測量。er4k2r5r3r20r1r2k3k1圖2-2 新的電橋?qū)嶒炿娐穲D調(diào)節(jié)r2使檢流計示數(shù)為零（即回到基準(zhǔn)狀態(tài)），將k3置于r20，將r20置于激勵磁場中，逐漸增加激勵電流（產(chǎn)生激勵磁場），同時記錄不同時刻檢流計的示數(shù)和激勵磁場的大小，利用（8）式即可得出磁致伸縮系數(shù)與磁感應(yīng)強度b的關(guān)系曲線。1.4 非平衡電橋法測量磁致伸縮系數(shù)原理在1.3原理的基礎(chǔ)上連接好電路，改變r2，使之阻

36、值變化量為r2，由此引起的檢流計偏轉(zhuǎn)值為。橋臂阻值相對變化量r2/r2與檢流計偏轉(zhuǎn)值間為線性關(guān)系，可先確定r2/r2與的比例系數(shù)k，即有 （3）假設(shè)r2與r20并聯(lián)，r2、為調(diào)節(jié)過程中每一時刻的值，r2為r2與r20并聯(lián)的總電阻值，其他部分不變，則有 （4）則由（4）式可得 （5）簡化上式，則約有 （6）上式中r2指橋路達到穩(wěn)定時的值，r2指橋路偏離原來狀態(tài)時r2的變化量。由式(3)、(6)推知 （7）則由(2)、(7)式可得 （8）實驗中通過作出(r2/r2)-關(guān)系曲線，用圖解法來確定常數(shù)k。之后將待測樣品和補償應(yīng)變片置入磁場內(nèi)，改變磁場，待測樣品發(fā)生長度變化，導(dǎo)致r2/r2變化，檢流計偏轉(zhuǎn)

37、，最終由檢流計的偏轉(zhuǎn)值可確定待測樣品的磁致伸縮系數(shù)。1.5 平衡電橋法測定測量磁致伸縮系數(shù)原理利用電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，通過平衡電橋進行實驗8，測定鐵磁體的磁致伸縮系數(shù)。實驗裝置仍如圖2-2所示，只是將r20與可變電阻r2并聯(lián)。之后，通過外加磁場對磁致伸縮材料勵磁（磁場大小由輸入線圈的電流控制），調(diào)節(jié)r3使檢流計示值為零，r3所示阻值即為r2的值，如此重復(fù)獲取多組數(shù)據(jù)并記錄9。電阻r2，r20臂的總電阻變化值r為 （9）由（2）得 （10）從而求出磁致伸縮系數(shù)。2 儀器實施方式2.1 儀器的裝置和技術(shù)特點該儀器是基于整體帶換法和非平衡電橋法相結(jié)合的原理，采用無損測量方式，實現(xiàn)對磁致伸縮系數(shù)比的

38、實時、連續(xù)、精確測量。它主要由磁致伸縮系數(shù)測量裝置、信號處理裝置和控制面板三部分組成。測量裝置有磁場發(fā)生裝置、端口電路、磁致伸縮棒和應(yīng)變片傳感器等組成。測量時需要注意磁致伸縮棒在磁場的放置狀態(tài)和應(yīng)變片傳感器在磁致伸縮棒上所貼的形態(tài)。信號處理裝置主要由放大器、濾波模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊、電源、穩(wěn)壓電源和單片機組成。能夠成功地對所測量的量進行處理，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并傳輸?shù)絾纹瑱C里，經(jīng)過編寫程序的控制，在通過各種計算原理的編入，實現(xiàn)磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)的測量?？刂泼姘迥K由面板以及各個控制按鍵和旋鈕組成，以達到對儀器操作控制的目的。2.2 儀器測量的具體實施方式圖2-3 儀器整體外觀圖附注：1

39、-接線柱，2-導(dǎo)線，3-應(yīng)變片傳感器，4-磁致伸縮材料，5-載物臺，6-切換鍵，7-圖像放大鍵，8-圖像縮小鍵，9-箱體，10-數(shù)據(jù)端口，11-控制面板，12-方向位移鍵，13-復(fù)位鍵，14-手動測量鍵，15-自動測量鍵，16-調(diào)零旋鈕，17-開關(guān)，18-lcd面板。如圖2-4所示，控制面板11上設(shè)有切換鍵6、圖像放大鍵7、圖像縮小鍵8、方向位移鍵12、復(fù)位鍵13、手動測量鍵14、自動測量鍵15、調(diào)零旋鈕16和開關(guān)17。被測磁致伸縮材料4通過導(dǎo)線2與接線柱1相連，上面貼有應(yīng)變片傳感器3，并置于載物臺5上，當(dāng)測量時，將磁致伸縮棒置于磁場中。切換鍵6是用來切換不同的數(shù)或者切換數(shù)和圖形。圖像放大鍵7

40、、圖像縮小鍵8是用來調(diào)節(jié)所顯示圖像，使其處于合適的大小。方向位移鍵12可以用于數(shù)據(jù)或圖像等的移動。復(fù)位鍵13是一次測量完成后，進行下一次測量時須按下。手動測量鍵14、自動測量鍵15是根據(jù)自己的選擇所選擇的狀態(tài)，各自都有自己的長處和缺點。調(diào)零旋鈕16是表示處于磁場時因為剩磁的存在，需要進行的修正調(diào)節(jié)。圖2-4 測定儀測量原理圖如圖2-4所示，當(dāng)打開電源開關(guān)之后，整個電路通電，通過穩(wěn)壓模塊，提供給電路較穩(wěn)定的電壓。此時置于磁場中的磁致伸縮棒開始在磁場中發(fā)生磁致伸縮變化，反映到電路中，橋路上的壓差將發(fā)生變化。連接在橋路處的ad放大器模塊便將這個信號放大，通過濾波來減少干擾。接著，16位ad模塊ads

41、7825p將通過自身的大范圍捕獲到數(shù)據(jù)，并傳入到單片機里面，使示數(shù)得以在液晶lcd6943上顯示。最終實現(xiàn)了磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)的測量。2.3 儀器定標(biāo)在固定的外界環(huán)境溫度下，開始測量時，直接就可以知道應(yīng)變片電阻的大小。當(dāng)調(diào)節(jié)電阻時，將會出現(xiàn)一組電阻變化量和磁場的對應(yīng)阻值，繼而便可得到定標(biāo)曲線。如果定標(biāo)是自動測量的話，它可以根據(jù)在內(nèi)部編寫的程序自動進行，自動獲取、記錄并保存。如果是手動測量，按照調(diào)節(jié)磁場技術(shù)的方式即可實現(xiàn)。第三章 儀器的測量精度分析1 測量評定過程首先打開儀器，將磁致伸縮棒連接到接線柱上并置于磁場中，打開儀器開關(guān)，根據(jù)需要，按下自動按鍵或者手動按鍵。當(dāng)為自動按鍵時，將會在程

42、序的指示下自動實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行測量，根據(jù)需要，既可以逐個按設(shè)定的時間顯示示數(shù)，也可以顯示出磁滯回線。當(dāng)按下去的為手動按鍵時，可自行控制調(diào)節(jié)的幅度，另外，對于測量完成顯示磁滯回線時，根據(jù)需要，可以調(diào)節(jié)放大按鍵或縮小按鍵，以得到自己需要的合適的磁滯回線。同時也可以顯示出磁致伸縮材料在不同磁場大小下的磁致伸縮系數(shù)。2 測量結(jié)果及分析2.1 非平衡電橋法實驗結(jié)果及分析 圖3-1 勵磁電流與磁感應(yīng)強度關(guān)系曲線圖3-1為勵磁電流與磁感應(yīng)強度關(guān)系曲線圖，在逐步調(diào)節(jié)勵磁電流的過程中它們之間呈線性均勻變化，其線性擬合關(guān)系式為 （11）其中，、為調(diào)節(jié)過程中的瞬時值。由此表明實驗過程中勵磁電流與磁感應(yīng)強度穩(wěn)定變化的線

43、性關(guān)系，實驗中可通過間接測量電流的大小來獲取磁場值，避免了實驗中所用特斯拉計測量范圍的限制和單次測量所帶來的誤差，獲取較大范圍較精確的磁場數(shù)據(jù)。圖3-2 檢流計示值與阻變r2/r2關(guān)系曲線圖3-2為檢流計示值與阻變r2/r2關(guān)系曲線圖，其線性擬合關(guān)系式為 （12）從而確定出本實驗條件下k值為0.00319，阻變r2/r2與擺角變化關(guān)系符合非平衡電橋法測量的原理，能夠用于實現(xiàn)磁致伸縮系數(shù)的測量，為下一步的準(zhǔn)確測量打下良好的基礎(chǔ)。圖3-3 磁感應(yīng)強度b(mt)與磁致伸縮系數(shù)10-6的關(guān)系曲線圖3-3為磁感應(yīng)強度b(mt)與fe-ga合金材料磁致伸縮系數(shù)10-6的關(guān)系曲線，由新實驗裝置測得的數(shù)據(jù)，曲

44、線圖過渡相對比較穩(wěn)定，避免了突變現(xiàn)象的出現(xiàn)，減小了誤差，較真實地反映出了材料在不同磁場下的變化情況，達到了預(yù)期效果。在激勵磁場條件下，微觀上為了減小各個晶粒的靜磁能，非180疇壁產(chǎn)生位移或磁矩發(fā)生轉(zhuǎn)動，向易磁化方向轉(zhuǎn)動，各個晶粒的磁致伸縮應(yīng)變都沿易磁化方向做有序排列，因而fe-ga合金表現(xiàn)出大的磁致伸縮應(yīng)變；宏觀上表現(xiàn)出磁致伸縮材料長度伸縮，不同樣品在不同的磁場強度范圍，材料伸縮量不同，因此不同磁致伸縮材料會有不同的磁致伸縮曲線。圖3-3的磁致伸縮曲線反映出fe-ga合金磁致伸縮材料在磁場中磁致伸縮系數(shù)隨磁場變化的特點。在起始時，隨著磁場的增加，增幅較大；在大約10mt之后，隨著磁場增強，的增

45、幅變小，從一定程度上說明了這種fe-ga合金磁致伸縮材料的伸縮性能在低磁場條件下比較好。當(dāng)磁場強度較強時，的增幅減小是由于分子之間的相互作用力引起的。對曲線進行擬合所得關(guān)系式為 （13）所擬合出的曲線從量化的角度反映出這種fe-ga合金磁致伸縮材料的性能。2.2平衡電橋法實驗結(jié)果及分析圖3-4 磁感應(yīng)強度b(mt)與磁致伸縮系數(shù)10-6的關(guān)系曲線圖3-4為平衡電橋電路下磁感應(yīng)強度b(mt)與磁致伸縮系數(shù)10-6的關(guān)系曲線，其變化趨勢和非平衡電橋的變化相似，微觀和宏觀機理也與非平衡電橋的相同，其多項式曲線擬合所得關(guān)系式為 （14）圖中表明了fe-ga合金磁致伸縮材料在磁場中磁致伸縮系數(shù)隨磁場變化

46、的特點與非平衡電橋的大致相似，但曲線出現(xiàn)了較小的波動，這是因為平衡電橋電路調(diào)節(jié)過程中旋鈕的接觸電阻以及電阻箱本身誤差和電阻調(diào)節(jié)變化不均勻現(xiàn)象的存在，致使偶然性和不確定因素增大。2.3 綜合比較分析將圖3-3與圖3-4進行比對，可以看出新裝置所得出的實驗結(jié)果曲線更加穩(wěn)定平滑，少了很多偶然因素的影響。在兩個實驗中所用的應(yīng)變片的個數(shù)相同，所用激勵磁場大小也相同，但所得出的兩個曲線并不能完全吻合。首先，電橋的不同連接方法對此產(chǎn)生了較大影響，所表現(xiàn)出的結(jié)果會有些差距；其次，由于平衡電橋在調(diào)節(jié)過程中需要多次調(diào)節(jié)不同檔次狀態(tài)平衡，不僅增加了調(diào)節(jié)的次數(shù)，也使得單次調(diào)節(jié)中的偶然誤差增大，所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性變差；再

47、次，雖然使用了精度較高的直流復(fù)射式檢流計，但它的光標(biāo)是向兩個方向擺動的，仍然避免不了出現(xiàn)一定的滯后效應(yīng)，也就顯示出如平衡電橋法所測得的數(shù)據(jù)會在擬合曲線兩側(cè)波動較大；另外，由于每次調(diào)節(jié)時電阻箱接觸電阻產(chǎn)生的影響和溫度、磁阻效應(yīng)產(chǎn)生的漂移等現(xiàn)象的影響，使得測量誤差加大。用新裝置測量，在磁致伸縮棒上所粘貼的四個電阻應(yīng)變片在磁場中可進行溫度補償，消除因為溫度、磁阻效應(yīng)產(chǎn)生的漂移現(xiàn)象的影響；實驗仍采用直流復(fù)射式檢流計，但在原理上運用了整體代換的方法，先進行定標(biāo)獲取k值，由于可以獲取大量的實驗數(shù)據(jù)，對測量范圍的限制較小，因此定標(biāo)比較準(zhǔn)確；實驗中所用的直流復(fù)射式檢流計和電橋結(jié)構(gòu)本身使得測量精度大大提升；將所

48、測樣品置于可變磁場中，只需調(diào)節(jié)磁場大小，不用調(diào)節(jié)電阻，檢流計光標(biāo)會一直向一個方向偏轉(zhuǎn)，避免了平衡電橋中光標(biāo)來回擺動的現(xiàn)象、光標(biāo)滯后效應(yīng)、單次調(diào)節(jié)誤差和接觸電阻等產(chǎn)生的誤差。第四章 工業(yè)應(yīng)用展望輸出電壓信號測量裝置輸入電壓信號穩(wěn)壓模塊電源信號處理器單片機處理器應(yīng)變片圓柱棒或其他幾何規(guī)則形狀磁致伸縮材料取樣1 優(yōu)勢分析圖4-1 磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)測定儀應(yīng)用示意圖磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)測定儀是基于非平衡電橋原理建立起來的，在磁致伸縮系數(shù)領(lǐng)域具有如下應(yīng)用優(yōu)勢：1.1 測量靈敏度高基于非平衡電橋法、放大器ad524和16位ad模塊ads7825p，在磁場有較小的變化時，可以實現(xiàn)在弱磁場中對磁致伸

49、縮材料極小變化的精確測量。1.2 采用連續(xù)、無損測試方法通過電路裝置使測量時間差變得較小，并從磁場連續(xù)變化上實現(xiàn)磁致伸縮系數(shù)的連續(xù)測量，由于材料不受壓力或是其他因素，不會對材料造成損耗，既保護了磁致伸縮材料同時從另一個方面來說避免了資金的浪費。1.3 測量范圍廣一方面信號處理裝置可以測量磁致伸縮棒的磁致伸縮系數(shù)，另一方面也可以測量其他的鐵或碳鋼材料。1.4 儀器成本低采用廉價的電子器件，較一般磁致伸縮系數(shù)測量儀器其成本大幅度降低。2 市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測（1）目前在市場中磁致伸縮儀存在成本高、體積龐大、不宜攜帶、操作復(fù)雜、不易測量、不利于維修等諸多問題，該儀器的研制會取代部分現(xiàn)有測量儀的測量

50、工作，在磁致伸縮材料行業(yè)得到應(yīng)用。（2）國內(nèi)目前使用的長春英普磁電技術(shù)開發(fā)有限公司的磁致伸縮測量儀等，磁場步進幅度過大，測量原理復(fù)雜，價格昂貴，操作要求高，因而沒有得到大范圍的應(yīng)用，該測定儀的產(chǎn)生會在一定程度上占據(jù)一定的市場。（3）由于產(chǎn)品的研制用到的電子器件廉價，制作簡單，從而可向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展，降低磁致伸縮系數(shù)的測量成本，使其測量更加容易。3 應(yīng)用領(lǐng)域分析（2）mts磁致伸縮位移傳感器（1）磁致伸縮液位儀（4）磁致伸縮式液位計（3）磁致伸縮位移傳感器（6）磁致伸縮換能器（5）磁致伸縮式爆震傳感器（6）磁致伸縮換能器（8）磁致伸縮式轉(zhuǎn)矩傳感器（7）磁致伸縮位移傳感器第五章 結(jié) 論基于非平

51、衡電橋原理研制的應(yīng)用于磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)測定儀，可以精確地測定磁致伸縮系數(shù)的大小。相比于其他工業(yè)磁致伸縮系數(shù)測量儀器而言，該儀器有其自身的優(yōu)勢。 其創(chuàng)新點主要在于：測量精準(zhǔn)度較高，采用連續(xù)、無損測試方法，測量范圍廣，儀器成本低等方面。 其先進性表現(xiàn)在：運行成本低、易于維護和可實時測量；所用理論原理較新較實用；可進行任意種類磁致伸縮材料或其相關(guān)材料的較高精度測量。 其適用范圍為：實驗室測量磁致伸縮系數(shù)、弱磁滯回線的研究；聲納的水聲換能器技術(shù)，電聲換能器技術(shù)、海洋探測與開發(fā)技術(shù)、微位移驅(qū)動、減振與防振、減噪與防噪系統(tǒng)、智能機翼、機器人、自動化技術(shù)、燃油噴射技術(shù)、閥門、泵、波動采油等高技術(shù)領(lǐng)域；具體可制成圓柱形水聲換能器、復(fù)合棒(tonpilz)換能器、型彎張水聲換能器、flextensional underwater acoustical transduc