基于磁场空间分布的EMAT磁致伸缩激励理论_丁秀莉
磁致伸缩聚合物及其复合材料研究进展
总 结 了聚 合 物
磁 致 伸 缩 复 合 材 料 的 性能 影 响 因 素 合 物 及 其 复 合材料 的研 究 方 向
。
制 备 方法 以及应 用 情 况
。
提 出 了 今 后 磁致伸缩 聚
关键 词
磁 致伸缩
聚 合物
复合 材 料
前曰
所 谓磁 致伸 缩 变
,
言
,
聚 合 物 及 其复 合 材料 不 仅 具 备这 些
伸缩 性 能 越 好
机 电藕 合 系数越 小
,
树
随
从磁性 能看
,
,
。
自此 开 始
,
,
陆续 有 相 关 的研 究
、
脂 含量 对 材 料性 能 的影 响 比较复杂
,
这 种 高分 子 磁 体 材 料属 于 软磁 性
比
成果 发 表
个方面
。
其 研 究 内容 主 要 包 括 以下 几
着树 脂 含 量 的增 加
复合 材 料 的
。
,
因 此近 年 来受 到 研 究者 的广泛 关
叠 加 的作 用
造成 尺 寸变化
形状
效应
单 磁 畴样 品 为 降低 退 磁 能 体 积 会
。
的现 象
作 为 智 能 材料 的 一 种
、
,
磁致伸
、
发 生 改变
缩 材 料 因 其 特 殊性 能 成 为 精 密 致 动 器 智 能传 感 器
、
换 能器 等器件 的核心 材
可 以是 各 种 过渡 金 属 离 子
、
合 材 料 的发 展
性 能 到现 在 已 经有
多 年 的历 史 了
,
磁致伸缩效应-简单易懂学科知识分享
A
A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1
0
贝特-斯莱特曲线
原子间距离：
3d电子壳的半径：
3 4
2
a/r=3
a/r
➢ 当T>Tc, 设原子间距离为d1
上 ➢ 当T<Tc时，若距离不变仍为d1时，交换能积分为A1；
升
若距离增大到d1时，交换能积分为A2
段 ➢ A2>A1, 因此原子间距离会增大到d2，晶体尺寸变大
➢ 当T>Tc, 设原子间距离为d4
➢ 低场大功率（信号传输远）
➢ 高响应速度（100us-1ms）
12
磁致伸缩材料应用
在伺服领域的应用
微位移制动器：超精密微加工、精密流量控制、阀门控制等
ME材料
阀门
非磁性基体
线圈
13
磁致伸缩材料应用
在力学传感器领域的应用
磁致伸缩力传感器：静应力传感、冲击应力传感、扭矩传感
应力传感器
磁致伸缩效应
磁致伸缩现象
为什么变压器会发出嗡嗡的声音？
使得变压器功率损耗的，不仅仅是涡流、电阻损耗，也有磁致伸缩效应。
2
磁致伸缩现象
磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时，在磁化方向会发生伸长或缩短
磁致伸缩系数： =
Fe随磁场强度增大而伸长
−
Ni随磁场强度增大而缩短
<
>
下 ➢ 当T<Tc时，若距离不变仍为d4时，交换能积分为A4；
降
若距离减小到d3时，交换能积分为A3
段 ➢ A3>A4, 因此原子间距离会缩小到d3，晶体尺寸缩小
7
磁致伸缩现象
场致形变
Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器激励信号的ANSYS分析及DSP实现
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｓｒ ｍ ｅ Ｔｅ ｈ ｑｕ ａ ｄ Ｓ ｎ ｏ ｎ ｔｕ ｎｔ ｃ ｎｉ ｅ ｎ ｅｓｒ
２ ２ ０１ ＮＯ ８ ．
第 ８期
Ｆ ８Ｇａ７ 致伸 缩位 移 传 感器 激 励信 号 的 ＡＮ ＹＳ分 析 及 ＤＳ ｅ １磁 ３ Ｓ Ｐ实现
余 超， 新志， 周 熊胤 琪
６ ０６ ） １０ ５ （ 四川 大 学 电子 信 息 学 院 ， 川 成 都 四
摘 要 ： 助 Ａ Ｓ Ｓ和 Ｄ Ｐ 讨 论 了 Ｆ Ｇ 致伸 缩位 移传 感 器 激 励 信 号 部 分 的 可行 性 及 其 实 现 。 激 励 信 号 主 要 包 借 ＮＹ Ｓ， ｅ ａ， 磁 括 电脉 冲信 号和 磁 场 信 号 两 个部 分 。在 磁 场 信 号 方 面 ， 感 器 波 导 丝 采 用 了一 种 区别 于 Ｆ Ｎ 材 料 的新 型 Ｆ Ｇ 。 致 伸 传 ｅｉ ｅ。 ａ， 磁
关 键 词 ： 致 伸 缩 ；Ｓ ； 磁 Ｄ Ｐ 激励 信 号 ； Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ 中图 分 类 号 ：Ｐ １ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２—１４ （０ ２ ０ ０ ０ １０ ８ １ ２ １ ）８— ０ ４—０ ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｅｘ ｉａ ｉ ｎ Ｓ ｇ ｌＯ ８ ａ Ｍ ａ ｎｅｏ ｔ ｉｔｖ ｓ ａ ｃ ｎ ｃｔ ｔｏ ｉｎａ ｆＦｅ３ ” Ｇ ｇ ｔ ｓｒｃｉ ｅ
ｍ ｅ ｔｓ ｎ ｏ ｒ ｓ ｕｓｅ Ｅｘ ｔｔｏ ｉｎａ ｎｃｕ ｄｔ ｎｔｒ ｏ ｅ ｔｄ ｐａｔ ｏ ｅ ｉ ｈ ｍｐｕ ｓ ｉ ａ ， ｎｄ ｔ ｔ ｒｉ ｇ ｔｃ ｎ ｅ ｓ ｒｗｅ ｅｄｉｃ ｓ ｄ． ｃｉ ｉｎ ｓｇ ｌ ｉ ｌ ｄｅ ｗｏ ｉ ｅ ｃ ｎｎ ｃｅ ｒｓ， ｎ ｓｔ ｅ ｉ ａ ｌｅｓｇ ｌ ａ ｈｅｏｈｅ ｓｍａ ｎｅｉ ｎ
磁性液体磁致伸缩效应的理论分析与实验分析
磁性液体磁致伸缩效应的理论分析与实验研究摘要固体的铁磁性材料在磁场作用下具有磁致伸缩效应。
梯度磁场可以改变具有磁化特性的磁性液体的视密度和内压强，进而改变磁性液体的体积，导致磁性液体发生磁致伸缩效应。
本文分析了磁性液体产生磁致伸缩效应的基本原理，推导了磁性液体磁致伸缩应变量的理论计算表达式；分析了单个载流圆线圈的磁场特性，在此基础上分析了多个同轴线圈产生的磁场，并计算了线圈的结构参数，完成了最终线圈结构的选取；设计了实验装置系统，包括线圈骨架尺寸，导线直径以及总匝数等；最后利用毛细管放大原理的测量装置测量了磁性液体的磁致伸缩微位移量，分析了实验结果，实验效果较好。
实验结果与理论进行比较，分析了实验误差产生的原因。
最终得出，磁性液体在变化的梯度磁场作用下具有磁致伸缩效应，其磁致伸缩的微位移量与输入的电流大小有较好的线性关系，扩大了磁性液体的应用研究范围，具有重要的理论与实际意义。
关键词：磁性液体，磁致伸缩，梯度磁场ITHEORETICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTALSTUDY ON MAGNETOSTRICTIVE EFFECTOF MAGNETIC LIQUIDABSTRACTThe solid ferromagnetic material has magnetostrictive effect in the magnetic field. The volume of the magnetic fluid can be changed in the external gradient magnetic field because of its apparent density and the internal pressure intensity were changed. So, the magnetic liquid magnetostrictive effect is produced.In this paper, the magnetostrictive effect theory of magnetic fluid was analyzed. Theoretical calculation expression of magnetostrictive strain was derived. The magnetic field which was generated by the plurality of coaxial coils was analyzed on the basis of a single coil magnetic field. The parameters of the coil were calculated. Experiment installation was designed, including the size of the coil bobbins, diameter of wire, and the total number of turns. Micro displacement of magnetostrictive effect was measured by the capillary tube amplification principle. The experimental results compared with theoretical. Experiments prove that the effect is better. Finally it shows that the magnetostrictive effect of magnetic fluid will be produced in the variable gradient magnetic field. The amount of magnetostrictive micro-displacement and the input current has a good linear relationship. It has important significance to expanding the range of applied research of magnetic fluid.KEY WORDS: magnetic fluid, magnetostrictive, gradient magnetic fieldII目录第一章绪论 (1)§1-1 磁致伸缩材料概述 (1)1-1-1 磁致伸缩材料的发展历程 (1)1-1-2 磁致伸缩材料的应用 (2)§1-2 磁性液体的特性及应用 (3)§1-3 磁性液体磁致伸缩效应的研究现状及意义 (5)§1-4 论文主要研究内容 (5)第二章磁性液体磁致伸缩效应的理论分析 (7)§2-1 磁性液体的磁学特性与流体力学特性 (7)2-1-1 磁性液体的磁学特性 (7)2-1-2 磁性液体的流体力学特性 (8)§2-2 磁性液体磁致伸缩应变量计算式的推导 (10)§2-3 磁性液体磁致伸缩效应理论分析 (12)§2-4 本章小结 (13)第三章梯度磁场装置的设计 (14)§3-1 梯度磁场线圈设计基本原理 (14)3-1-1 单个载流圆线圈产生的磁场 (14)3-1-2 Maxwell线圈产生的磁场 (16)3-1-3 多个同轴线圈产生的磁场 (17)§3-2 线圈参数的计算以及最终结构的选取 (19)3-2-1 线圈参数的计算 (19)3-2-2 线圈结构的选取 (22)3-2-3 仿真结果与分析 (23)§3-3 实验系统设计 (27)3-3-1 线圈设计 (28)3-3-2 磁性液体的选取 (30)§3-4 本章小结 (31)第四章磁性液体磁致伸缩应变量的实验测量及结果分析 (32)§4-1 实验测量原理介绍 (32)§4-2 磁性液体磁致伸缩应变量的测量与结果分析 (33)4-2-1 实验装置搭建 (33)4-2-2 实验测试及结果分析 (34)4-2-3 引起实验误差的因素分析 (37)4-2-4 实验改进方案 (37)§4-3 本章小结 (38)III第五章全文总结 (39)参考文献 (40)致谢 (42)IV1第一章 绪 论§1-1 磁致伸缩材料概述铁磁体在外磁场中磁化时，其长度和体积均发生变化，这个现象称为磁致伸缩效应，它首先是焦耳（J.P.Joule ）在1842年发现的，故亦称焦耳效应 [1]。
磁致伸缩效
磁致伸缩效磁致伸缩效应是指在磁场作用下，材料发生形变的现象。
这一效应广泛应用于各个领域，如传感器、执行器、声音发生器等。
本文将介绍磁致伸缩效应的原理、应用以及未来发展方向。
磁致伸缩效应的原理是基于磁场对材料内部的磁畴结构的影响。
当外加磁场作用于材料时，材料内部的磁畴结构会发生变化，从而引起材料的形变。
这种形变主要有两种类型：磁致伸长效应和磁致收缩效应。
磁致伸长效应是指材料在磁场作用下沿磁场方向发生拉伸；磁致收缩效应则是指材料在磁场作用下沿磁场方向发生收缩。
磁致伸缩效应的应用非常广泛。
其中一个重要的应用是在传感器领域。
利用磁致伸缩效应，可以制造出高灵敏度的应变传感器。
当外力作用于传感器时，传感器的形变会引起磁场的变化，从而产生电信号。
通过测量这个电信号的变化，可以得到外力的大小和方向。
这种传感器广泛应用于工程结构监测、医疗诊断等领域。
另一个重要的应用是在执行器领域。
执行器是一种将电能转化为机械能的装置。
利用磁致伸缩效应，可以制造出高精度的执行器。
当电流通过执行器时，磁场作用于材料，引起形变，从而实现机械运动。
这种执行器广泛应用于精密仪器、自动化设备等领域。
除了传感器和执行器，磁致伸缩效应还可以应用于声音发生器。
声音发生器是一种能够产生声音的装置。
利用磁致伸缩效应，可以制造出高音质的声音发生器。
当电信号通过发生器时，磁场作用于材料，引起形变，从而产生声音。
这种声音发生器广泛应用于音响设备、通信设备等领域。
尽管磁致伸缩效应已经在很多领域得到了广泛应用，但是仍然存在一些挑战和待解决的问题。
首先，目前制造磁致伸缩材料的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。
其次，磁致伸缩材料的性能受温度的影响较大，高温环境下其效果会大大降低。
此外，磁致伸缩效应还存在一些未解决的基础科学问题，如材料的磁畴结构调控、磁场对材料的破坏等。
为了解决这些问题，研究人员正在进行一系列的研究工作。
一方面，他们致力于开发低成本、高性能的磁致伸缩材料，以促进其在各个领域的应用。
磁致伸缩效应的研究现状及其应用
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｎ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｍｅ⁃
ｃｈａｎｉｃａｌ ｂｒａｋｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍｕｔｕａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎ⁃
２０１９ 年第 ４ 期 第 ２５ 卷（ 总第 １６９ 期）
ｄｏｉ： １０ ３９６９ ／ ｊ ｉｓｓｎ １６７１ ０６１４ ２０１９ ０４ ００１
磁致伸缩效应的研究现状及其应用
董俊威
（ 上海柴油机股份有限公司， 上海 ２００４３８）
摘要 磁致伸缩效应及其逆效应通过磁能与机械能的相互转换可快速、 精确地实现机械的
ｅｒｇｙ． Ｓｉｎｃｅ ｌａｓｔ ｃｅｎｔｕｒｙ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｌｅ⁃
ｖａｎｔ ｔｈｅｏｒｉｅｓ， ｔｈｅｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ， ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ
应快、 稳定性高等优点， 已在位移测量、 加速度测
的诊断结论， 所以任何传感器首先需要满足灵敏度
与线性度的要求。 另外， 一旦传感器的结构过于复
量、 索力测量、 扭矩测量等方面得到广泛应用 ［２］ 。
本文综述磁致伸缩效应及其逆效应产生的机理与主
杂， 工作条件恶劣， 其稳定性就会有所降低， 容易
要特点， 重点阐述相关传感器的结构与原理， 并分
激励理论在组织中的应用
浅析组织行为学中激励理论的应用信息管理与信息系统系班2009年10 月26 日激励理论在组织中的应用摘要：针对激励理论在组织管理中的重要性，分析了组织管理中应注意的问题，并采取了积极的、有针对性的措施，指出只有适时更新和完善组织激励政策，才能使员工在实现组织目标的同时实现自身的价值，进而保障其积极性和创造性。
关键词：激励理论，激励方式，组织，应用。
1．激励的概念激励是以能够满足个体的某些需要为前提，采取相应的管理措施来调动员工的积极性、主动性和创造性，实现组织目标的过程。
换句话说，激励就是促动他人去做你想让他做的某些事情，并能成为他的意愿。
激励之所以不容易，就在于要给他人一个想去做的理由，完成了则能实现他的愿望。
这就要求你必须是适应他的愿望，而不是你个人的愿望。
在组织当中，激励就是将组织目标转化为个人目标的过程。
个体的目标是建立在需要的基础之上，需要的满足就是个人的愿望。
个体对于实现自己的目标，满足自己的需要的活动更有兴趣，热情度更高。
而管理职能就是实现组织目标，这一职能又必须由员工来完成。
因此，管理者的任务就是给员工一个想去实现组织目标的理由。
这个理由就是让员工认识到组织目标实现的同时，也是在实现他个人的目标，这样才能够调动他的主动性和积极性。
2．激励的类型了解激励的类型，管理者就可以根据员工的实际情况采取对策。
(1)根据激励的影响力，分为外激励和内激励。
外激励是组织的激励措施意在通过改善员工的外部环境来调动其工作积极性。
例如，改善福利制度、提高薪水、奖励等，内激励是组织通过改变个体的内在综合素质水平来激发其工作行为。
例如，提供有目的、有计划的培训；培养员工对组织、工作的责任感和成就感，以此来缩短个人目标与组织日标的距离。
外激励见效快，不稳定；内激励见效慢，但一经形成，有较强的持续性。
在管理中应注意两者的结合。
(2)根据激励的内容不同，分为物质激励和精神激励。
物质激励就是实物式的激励，运用可见的金钱、物质作为激励手段来激发员工的热情度。
超磁致伸缩材料的伸缩特性及其磁感应强度控制原理及方法的实现
磁致伸缩是相当复杂的现象 , 是满足自由能极 小条件的必然结果 。如果从磁畴唯象理论来分析 , 磁致伸缩现象是铁磁体内部的磁畴在外磁场的作用 下磁畴间的边界发生移动和磁畴内的磁矩发生旋转 的宏观结果 。而介质中的内应力和晶格之间的摩擦 是造成滞回和非线性的主要原因 。同时 , 由电磁学 可知 : 无论是电流强度还是磁场强度 ( H = n·I) , 都不能直接反映磁介质在磁场中磁学与力学之间的 联系 , 这也是铁磁性介质的磁致伸缩与磁场强度之 间不是单值函数的一个重要原因 。因此 , 在建立超 磁致伸缩材料的控制模型时 , 应选用与磁介质的磁 化状态存在直接联系的变量作为控制量 , 才能建立 与磁致伸缩量一一对应的关系[4 ] 。
以来主要用于制造超声波振子 。1972 年 , Clark 等 首先发现 Laves 相稀土 —铁化合物 RFe2 ( R 代表稀 土元素 Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Sm 、Tm 等) 的磁致伸 缩在室温下是 Fe 、Ni 等传统磁致伸缩材料的 100 多倍 , 这种材料被称为超磁致伸缩材料 。超磁致伸 缩材料具有伸缩应变大 (λ= 800～1600 ×10 - 6) ,
B = μ0 H + J ≈ J 式 (10) 可变为
ΔL
≈
S
K·μ0
·B
2
(11)
因此在实际应用中 , 可采用测量超磁致伸缩材
料的磁感应强度来近似替代测量磁极化强度 , 对超
磁致伸缩材料的伸长量进行控制 。
图 2 是测量超磁致伸缩棒内的磁感应强度的原 理 。在导磁体与超磁致伸缩棒接触的截面上开了一
教育部高校博士点专项基金资助项目 (2000014109) 。 杨 兴 男 , 1974 年生 , 大连理工大学机械工程学院在读博士生 , 主要从事纳米技术 , 超精密加工及机电一体化方面的研究工作 , 1997 年 以来共发表论文 10 余篇 。 贾振元 男 , 1963 年生 , 大连理工大学机械工程学院副院长 , 工学博士 , 教授 , 博士生导师 , 主要从事功能材料应用 、机电一体化 、快速 成型等方向的研究工作 , 发表论文 40 余篇 。
组织行为学--激励理论
(6) 激励理论
介绍过影响个体行为的因素后，作为公司的管理层是否可以在员工既有的各种背景因素之下，去改变员 工的表现？这就涉及激励的理论和它的应用了。
(6.1) 激励概念
差不多所有自觉性的行为都是来自本身的激励（motivation）。激励实际上包括三方面：（1）需求（needs）, （2）为满足需求而争取的目的或目标（goal），及（3）为实现目标而作出的行动（action）。由此可见， 激励是为满足需求的历程。
在工商机构中，要避免或消除员工的不满情绪，必须常常补充“保健因素”。例如员工本身有定期调整薪 酬的需求，即使他们的工作成果没有增加，这一期望亦不会降低。但是，如果要真正达到激励他们的目 的，必须用“激励因素”，给予员工富挑战、有创意和有事业发展机会的工作。只有增强员工的工作意义 和责任感，使员工感到自已的重要性，自我激励便得以发挥。
望不能满足，个体将产生驱力，进而有寻求满足的行为。内容理论包括需求层次理论、X 理论和 Y 理论、 激励－保健理论、ERG 理论和麦克莱兰德（David McClland）的需求理论过程理论则强调心理过程，讨论
人如何由需求和欲望的不满足而达到满足的过程。过程理论包括认知评价理论、目标设置理论、强化理
1. 生理（physiological）的需求 — 包括饥饿、口渴、蔽体、性，及其它身体上的需求。
2. 安全（safety）的需求 — 即保障身心不受到伤害的安全需求。
3. 社交（social）的需求 — 包括感情、归属、被接纳、友谊等需求。
4. 尊严 (esteem) 的需求 — 包括内在的尊重因素，如自尊心、自主权与成就感，以及外在的 尊重因素，如地位、认同、受人重视等。
论、公平理论和期待理论。
磁性材料基础知识
互感的大小与两线圈 匝数的乘积和互感磁通所 经磁路的磁导成正比。
3.6 磁链、电感和能量
• 磁场的能量密度 单位体积磁场储能
w 1H B 1 H 211B 2
2 2
2
• 电感储能
A1Li2 1BH dv
µm=i·A
磁偶极矩和磁矩具有相同的物理意义,存在关系：
jm=µ0µm ,µo=4π×10-7H·m-1 ，真空磁导率
2.1 磁性来源
磁化强度M
单位体积磁体内磁偶极子的磁偶极矩矢量和称为磁极化强度Jm ；
J m V jm
W Wb b·m m -22
单位体积磁体磁体内磁偶极子的磁矩矢量和称为磁化强度M
i
LNNNiN2
i i i R m R m
磁路的欧姆定律：
F N H i B l llS R m m
磁路的欧姆定律：
F N H i B l llS R m m
自感 L Ψ i N i Φ N ( F i m ) N ( N i m ) iN 2 m
N ——线圈匝数
I
Ink
i
3.3 安培环路定理
2. 验证：
（1）设闭合回路 l 为圆形回路,
载流长直导线位于其中心
B 0I
lB dl2π2Rπ0IRdl 0I dl
2πR l
I B
dl
oR
l
l 设 l 与 I 成右螺旋
关系
3.3 安培环路定理-应用
求载流螺绕环内的磁场 （已知 n N I）
1） 对称性分析；环内 B 线为同心圆，环外 B 为零.
内部交流报告
电磁超声检测技术的应用
1 电磁超声检测技术原理电磁超声检测技术是通过电磁超声换能器（Electromagn etic Acoustic Transducer，EMAT）激发和接收超声波的先进无损检测方法，EMAT 是实现电磁超声检测的关键部分。
励磁器、线圈和待检件是构成EMAT 的三个重要组成部件。
其中，励磁器提供外加磁场，可以采用永磁铁或电磁铁。
永磁铁体积较小；电磁铁去磁速度较快，一般分为直流电磁铁和交流电磁铁。
线圈内加载高频交流电，用以在待检件中产生涡电流，线圈的排布方式有蛇形、回形及吕形等。
待检试件是EMAT 不可或缺的组成部分，其必须是电导体或磁导体，这也就明确了电磁场超声检测的应用范围。
铜、铝等非铁磁性导电材料中，电磁超声主要由电磁感应产生洛伦兹力作用产生，铁、钢、钴等铁磁性材料中的电磁超声一般由洛伦兹力、磁力和磁致伸缩原理共同作用产生。
非铁磁性导电材料电磁超声检测的基本过程是：待检试件与线圈放置于外加磁场中，线圈中加载高频电流后，线圈周围会感生出动态感应磁场，感应磁场会进一步在待检试件中感生出电涡流。
处于外加磁场中的待检试件表面由于存在感生电涡流，试件内的微粒受到洛伦兹力会发生高频振动而产生超声波，并在工件内传播，此过程即完成超声波的发射过程。
微粒的振动方向与传播方向确定了超声波的类型。
电磁超声的接收阶段，反射声波会使试件内部微粒发生振动，从而引起磁场的扰动，进而会在线圈中感生出电压信号，实现检测信号的接收。
图1 电磁超声检测技术原理铁磁性导电材料电磁超声检测过程除了受到洛伦兹力的影响，还受到磁力和磁致伸缩效应的影响。
洛伦兹力和磁力体现为力的变化，磁致伸缩应变则体现为质点的振动幅度。
在能量转化的角度体现为电磁场与弹性场间的能量传Abstract:electromagnetic ultrasonic testing technology is an advanced non-destructive testing method which is booming in recent years. This technology has the advantages of no coupling agent, high detection efficiency and online monitoring. At the same time, through the use of electromagnetic ultrasonic transducer with different configurations,it can realize multiple ultrasonic excitation and reception, which greatly enriches the application scenarios of electromagnetic ultrasonic testing technology. At the same time, as a new advanced detection technology, electromagnetic ultrasonic testing technology still has some problems, such as low energy conversion efficiency of transducer and poor detection effect on coarse-grained materials, which needs further research and development.Keywords: electromagnetic ultrasound;EMAT;application2 技术优势由电磁超声检测的基本原理可知，电磁超声波的发射和接收不需要通过耦合剂进行传播，从而使得检测过程中不需要使用传统压电超声必须使用的耦合剂。
磁致伸缩材料弱磁场响应特性的实验研究
展， 其应用也渗 透 到 了 各 个 方 面
［ ５ ７］
７］ 通常所说的磁致伸缩多指纵向磁致伸缩效应 ［ ．
、 Ｔ ｂ Ｄ Ｆ ｅ Ｆ ｅ Ｇ ａ等磁致伸缩材料的研制成 ｙ ， 使电磁能－机械能转换技术获得了突破性进
［ ］ ２ ４
特别是近年来 ． 磁致伸缩材料受到了 随着磁场传感器技 术 的 发 展 ， 作 为 敏 感 材 料， 磁致伸缩材料 ． 是磁场传感器最重 要 的 组 成 部 分 之 一 ， 其性质直接 因此材料的选择就成了制作传 决定传感器的性能 ， 感器的关键 ． 传统 的 磁 致 伸 缩 材 料 ， 如 过 渡 金 属、 稀 土金属 、 稀土 － 过 渡 金 属 间 化 合 物 及 锕 系 金 属 化 合 物等 ， 要么饱和磁致伸缩系数太小 ， 要么居里温度太 无法在常温下 工 作 ， 故 实 用 价 值 不 高． 目前应用 低， 又称为超 最广的磁 致 伸 缩 材 料 是 Ｔ ｂ Ｄ Ｆ ｅ材 料， ｙ 磁致伸缩材料 ， 主要以 Ｔ 其 ｂ Ｆ ｅ ｙ ０． ３Ｄ ０． ７ １． ９ ５ 材料为主 ，
从图 ３ 中 可 以 看 出 ， Ｆ ｅ Ｇ ａ 合 金 的λ 犎 曲线的 最大斜 率 犱３ ／ 而Ｔ ２． ３ ３ｐ ｍ ｍＴ， ｂ Ｄ Ｆ ｅ材 料 ｐ ｙ ３ ＝１ ／ 这表明 Ｆ 的犱 ７ ３ １ ２． ３ ３ｐ ｍ ｍＴ． ｅ Ｇ ａ 合金 的 ｐ ３ ３ ＝５． 磁场响应 灵 敏 度 要 好 于 Ｔ 因而更适 ｂ Ｄ Ｆ ｅ材 料， ｙ 合用做弱磁场传感器敏感材料 ． 此外 ， 作为弱磁场传感器的敏感材料还要有一 定的磁场响应线性区 ． 对图２和图３做进一步分析 可知 ， 外加磁场 在 ０～１ ０ ｍＴ 时 ， Ｆ ｅ Ｇ ａ 合金的 磁 致 伸 缩随磁场的变化不是很明显， 外加磁场在１ １ ２ ０ｍ Ｔ ～ 时， 材料的 磁 致 伸 缩 随 磁 场 的 变 化 明 显 ； 在１ ６ ｍＴ 左右时 ， 材料对 Ｆ ｅ Ｇ ａ合金的λ 犎 曲线的斜率最大 ， 并且在此值附近 ， 材料的磁致伸缩与外 磁场最敏感 ，
先进材料基础-磁致伸缩效应
《先进材料基础》结课论文磁致伸缩效应专业班级姓名学号授课教师引言磁致伸缩效应是指材料在外加磁场条件下的变形。
磁致伸缩效应于19世纪（1842年）被英国物理学家詹姆斯.焦耳发现。
他观察到，一类铁磁类材料，如：铁，在磁场中会改变长度。
焦耳事实上观察到的是具有负向磁致伸缩效应的材料，但从那时起，具有正向磁致伸缩效应的材料也被发现了。
磁致伸缩效应的原理小磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应改变长度的原因。
磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。
结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。
在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。
总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。
增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。
所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。
图1中即为长度随磁场强度变化的理想化。
磁畴的重新定位的物理背景在于简要、纲要性的描述（如图2）。
在0和1区间之间，提供的磁场很小，磁畴几乎不体现其定位模式。
由材料如何形成所决定的内容或许是其通常的定位形式的一小部分，显出其永久性的偏磁性。
其导致的应变与磁致伸缩材料的基本结构和材料化学成分均匀性有很大联系。
在1-2区间，我们设想，应变与磁场之间存在几乎趋于线性的关系。
因为关系简单，容易预测材料的性能，所以，大部分设备被设计工作于这个区间。
曲线超过点2后，应变与磁场关系又变为非线性，这是由于大部分磁畴已经按照磁场的方向排列整齐。
在点3，出现饱和现象，阻止了应变的进一步增加。
磁致伸缩效应分为线磁致伸缩和体积磁致伸缩，磁致伸缩效应引起的体积和长度变化虽是微小的，但其长度的变化比体积变化大得多，所以人们研究应用的主要对象是线磁致伸缩，而体积磁致伸缩由于变化量很小，在测量和研究中很少105-～106-。
考虑，线磁致伸缩的变化量级为磁致伸缩材料的分类磁致伸缩材料已发现并制造了许多种，可分为金属与合金、铁氧体以及新开发的新型磁致伸缩材料：[1]金属与合金材料金属与合金材料的特点是机械强度高，性能比较稳定，适合制作大功率的发射换能器，缺点是换能效率不高，如纯镍的电声转换效率约为30%，这意味着要输出10千瓦的声功率时，电振荡器输出功率就需要30千瓦左右，这势必使超声频电振荡发生器要做得很庞大。
电磁超声传感器工作原理与结构_丁秀莉
磁场的强度和极 化 方 向 。 其 中 ， 磁力的效应相对较 弱， 在分析 中 往 往 忽 略 其 作 用 ， 而外加磁场强度决 定了铁磁 试 件 中 洛 伦 兹 力 和 磁 致 伸 缩 应 变 ， 因 此， 即 使 是 同 一 结 构， 也有可 对于铁磁试 件 的 ＥＭＡＴ， 能产生不同的超声波型 。
综 述
电磁超声传感器工作原理与结构
武新军１ ， 郭 锴１ ， 吴莲锋２ 丁秀莉１ ， （ 华中科技大学 机械科学与工程学院 ， 武汉 ４ １． ０ ７ ４； ３ ０ ） 柳州欧维姆机械股份有限公司 ， 柳州 ５ ２． ０ ０ ５ ４ ５ ， 摘 要： 电磁超声传感器 （ 是一种新型超声传感 ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ＥＭＡＴ） Ｅ ｌ ｅ ｇ 器 。 与传统压电超声探头相比 ， 不需要耦合剂 ， 检测速度快 ， 可灵 活 实 现 不 同 超 声 波 波 型 的 激 励 与 接收 。 然而 ， 由于被测试件也是电 磁 超 声 传 感 器 的 一 部 分 ， 其材料特性使得电磁超声传感器原理 阐述 ＥＭＡＴ 的 基 本 原 理 变得复杂 。 从 ＥＭＡＴ 中静态偏置磁场与动态磁场复合作用的角度出发 ， 及结构 ， 从而为 ＥＭＡＴ 的设计与选择提供参考 。 关键词 ： 电磁超声传感器 ； 静态偏置磁场 ； 动态磁场 ； 洛伦兹力 ； 磁致伸缩效应
探头不容 电磁超声检测 技 术 由 于 具 有 非 接 触 ， 易磨损 的 优 点 ， 适 合 于 高 速、 高温等恶劣工况检 测
［ １－２］
术的研究热点之一 。 电磁超声传感 器 是 电 磁 超 声 检 测 技 术 的 核 心 ， 其物理基础来自于 ２ 在凝聚态物理 ０世纪６ ０ 年 代， 研究螺旋波特性的 过 程 中 ， 发现了电磁可转换为声
磁致伸缩原理PPT课件
当晶体沿[100]方向磁化
整个磁化过程中完全通过畴壁位移进行。磁畴壁有900和1800两种畴壁。在低 场下，与单轴Co的情况一样1800畴壁位移对伸长没有贡献。900畴壁位移对伸长起 作用。第一种情况，在磁化过程中，首先是1800壁位移，当I 增加到Is/3时,对伸长 没有影 响。900畴壁位移开始，样品长度才会改变。
l l
100
100
2 3
B1 C12 C11
对于<111>方向，i=i =1/ 3 ( i= 1,2,3 ) ,
l l
111
111
1 3
B2 C44
Ni-Fe合金的磁致伸缩常数与成份的关系。虚 线是室温下的，点划线是4.2K下测量结果。
自发磁致伸缩( 体积磁致伸缩 )的机理
对于一个单畴晶体的球，在居里温度以上是顺磁球，当温度低于居 里温度，由于交换相互作用产生自发磁化，与此同时晶体也改变了形状 和体积，成为椭球，产生自发形变，即自发磁致伸缩。
积分愈大则交换能Ee小x ，2JSiS j
,由于系统在变
化过程中总是要求自由能极小,系统处于稳定态。
因此原子间距离不会保持在d1，必须变为d2， 0
因而晶体尺寸变大。
Fe
• d2 d1 •
Fe Mn
C0
3 • Ni
Gd
d/ra
如果在曲线3的位置(曲线下降段)，则尺寸收缩。
交换积分与晶格原子间距离的关系， d：晶格常数；ra：未满壳层的半径。
)
l(r)(11
2
2
33
)2
1 3
考虑一个形变的简单立方晶格，其应变张量的分量为exx,eyy,ezz,exy,eyz,e zx 。
当晶体有应变时，每一个自旋对同时改变键的方向和长度。为简化，首先考虑
考虑磁致伸缩效应电力变压器振动噪声的研究_祝丽花
p 1, 2, , 6
B R.D. H R.D. 铁轭 BxHx ByHy
B T.D. H T.D. ByHy BxHx
R.D. ( B R.D. ) x(Bx) y(By)
T.D. ( B T.D. ) y(By) x(Bx)
（ 1）
n 1, 2, 3
铁柱
磁场强度和磁感应强度的关系为 H=vB ，其中
[7]
1 T H s dV 2 2 1 T H u H dV 1 2
1
T dH dV
2
V JAdV
1
f udV
2
fV udV
（ 2）
式中， A 为引入的磁矢位，满足 B= ×A； J 表示 外部电流密度； u 为铁心的振动位移； fV 和 f Γ 分别 为变压器铁心受外部体积力和铁心表面受到的边界 面力； 1， 2 分别表示磁场和机械的分析域。 2.2 各向异性分析 干式电力变压器在直角坐标系中的模型如图 1 所示，依据变压器结构的对称性采用 1/4 模型对铁 心磁 -机械强耦合问题进行数值分析计算。 硅钢片磁致伸缩特性的测量是对磁致伸缩进行 数值计算的基础，前期采用爱波斯坦方圈和动态应 变仪等同时对取向硅钢片轧制方向（ 0 °切片）和垂 直轧制方向（ 90 °切片）的交流磁化和磁致伸缩特 性分别进行了测量 [7] ，得到取向硅钢片轧制方向和 垂直轧制方向的磁化和磁致伸缩特性曲线与本文坐 标中铁心不同部位中特性曲线关系如表 1 所示。
Research on Vibration and Noise of Power Transformer Cores Including Magnetostriction Effects
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出等效磁 致 伸 缩 力 需 要 一 个 实 际 外 力 作 用 在 材 料 而研究不受外应力材料中的磁致伸缩效应时 ， 不 上， 存在磁致伸缩力 ， 磁致伸缩的体力只来源于质点位 笔者从表征磁致伸缩应变的 移 。 为避免上述争 议 ， — —位 移 出 发， 提出探讨基于质点振 最直观物理量 — 动位移方程的 磁 致 伸 缩 效 应 激 励 声 场 理 论 。 首 先 ， 根据应变的张量性 和 位 移 的 矢 量 特 性 ， 磁致伸缩应 而外加总磁场 变与空间中外加总 磁 场 的 方 向 一 致 ， 由静态偏置磁场和 动 态 磁 场 两 部 分 组 成 ， 因此不同 的磁场空间分布 ， 将会产生不同方向的应变和位移 。 其次 ， 从位移角度 出 发 ， 对 无 外 力 作 用 的 ＥＭＡＴ 磁 致伸缩激励机理进 行 探 讨 ， 得到在不同磁场空间分 布中 ， 质点磁致伸缩关于时间和空间的位移方程 ， 由 位移方程描述磁致 伸 缩 在 ＥＭＡＴ 中 激 励 的 声 场 类 型 。 最后 ， 给出 Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ 仿真中的磁致伸缩效应中弹 验证理论的正确 性质点的振动和弹 性 波 的 传 播 图 ， 性 。 该研究阐明了 磁 场 空 间 分 布 与 声 波 波 型 关 系 ， 为电磁超声传感器设计提供理论支持 。
２ ０ １ ５年 第３ ７卷 第５期
１
丁秀莉等 ：基于磁场空间分布的 ＥＭＡＴ 磁致伸缩激励理论 磁材料 ， 在外加一个磁场作用时 ， 会产生应变 。 这个 应变 ， 也会出现在有外加力但无磁场的情况中 ， 即二 者可等效 ， 因此用等 效 磁 致 伸 缩 力 来 表 征 磁 致 伸 缩
［］ 效应产生的体力 。 然而 ， ２ ０ １ ２年 Ｒ ｉ ｂ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｉ等人 ４ 提
图 １ 磁致伸缩曲线
） 的关系可用式 （ 描述 ： １
（ Ｍ Ｓ） …， ｝ ， ·ＨＪ ， Ｉ∈ ｛ １， ２， ６ Ｊ∈ ｛ ｘ， ｚ｝ ε ｙ， Ｉ ＝ｄ Ｉ Ｊ ） （ １
式中 ： Ｈ 为 材 料 中 的 磁 场 强 度； ε 为磁致伸 缩 应 变 ；
（ ） 表示磁场与弹 ｄ ＭＳ 为一个 ６×３ 的 磁 致 伸 缩 矩 阵 ， 定义为磁致伸缩应变对磁场强度 性场之间的联系 ， １］ ： 的偏导 ［
（ ） １ １ ５． ２ ８ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ ６ ６ ５ ６ ２ ０ １ ５ ０ ５ ０ ０ ０ １ ０ ６ 中图分类号 ：ＴＧ － － －
Ｔ ｈ ｅ Ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｅ ｄ ｂ ＥＭＡ Ｔ Ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｙ ｇ Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｆ ｉ ｌ ｅ ｄ Ｓ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｇ ｐ
，ＷＵ ， ，ＷＡ ｕ ｎ ａ ｎ Ｄ Ｉ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ｕ ｌ ｉ Ｘ ｉ ｎ Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｋ ｕ ｎ ｉ ｎ Ｎ Ｇ Ｙ ｕ － － －ｍ － ｊ ｇ ｇ ｇ （ ， ，Ｗｕ ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ Ｈ ｇ ｙ ｇ ｙ ： ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｅ ｎ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｐ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ ， ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｎ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｉ ｎ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ｇ ｇ ｇ ｐｐ ， ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ． Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｑ ｇ ｇ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｉ ｎ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｓ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｇ ｇ ｙ ｙ ｐ ，ｗ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ｉ ｃ ｈ ｍ ａ ｋ ｅ ｓ ｉ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｆ ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ．Ａ ｓ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ＥＭＡ Ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｑ ｙ ｙ ｐ ｐ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ ｔ ｏ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍ ｅ ｓ ａ ｃ ｅ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ － ｙ ｙ ｙ ｐ ｏ ｆ ｏ ｔ ｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｌ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｏ ｓ ｅ ｂ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｉ ｎ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｇ ｐ ｑ ｙ ｇ ｇ ， ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｏ ｎ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｅ ｒ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ． ｇ ｐ ｐ ｙ ｙ ｐ ｐ ： ；Ｍ ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ａ ｎ ｅ ｔ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ Ｓ ａ ｔ ｉ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｇ ｇ ｐ ｇ ｙ Ｄ ｉ ｓ ｌ ａ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｑ
无损检测新技术发展专题
基于磁场空间分布的 Ｅ Ｍ Ａ Ｔ 磁致伸缩激励理论
丁秀莉 ，武新军 ，赵昆明 ，汪玉刚 （ ） 华中科技大学 机械科学与工程学院 ，武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ 摘 要 ：针对电磁超声技术检测铁磁材料中遇到的难题 ， 从磁致伸缩效应的本构方程出发 ， 讨 ， 论了在不同的磁场空间分 布 中 ， 电磁超声传感器（ 的磁 Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍ ａ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｄ ｕ ｃ ｅ ｒ ＥＭＡ Ｔ） ｇ 致伸缩效应对激励声波的贡献 。 为避免对磁致伸缩力的探讨 ， 提出直接从弹性质点的位移方程中提 取关于磁致伸缩效应的声波激励信息 ， 而无须再计算弹性质点所受的体力 。 为验证这一理论的正确 性， 利用 Ｍ 分析位移方程的时空变化曲线 ， 得到声波信息 ， 与 ａ ｔ ｌ ａ ｂ工具仿真具体的 ＥＭＡ Ｔ 结构模型 ， 相关文献中用体力描述磁致伸缩效应的声波激励信息吻合 ， 从而证明了这一理论的可行性 。 关键词 ：电磁超声传感器 ；磁致伸缩效应 ；磁场空间分布 ；位移方程
电磁超声传感器由 作为一种新型 超 声 传 感 器 ， 于其非接触的特点在无损检测领域广受关注 。 与传 统的超声传 感 器 相 比 ， 弹性场 ＥＭＡＴ 利 用 电 磁 场 、 和声场三个矢量场 之 间 的 能 量 耦 合 ， 用电磁能激励 在被测试件 中 传 播 的 声 波 又 引 起 电 磁 场 的 出声波 ； 扰动而产生感应 电 压 ， 实 现 声 波 信 号 接 收。 电 磁 场 和弹性场之间的能 量 耦 合 的 方 式 有 洛 伦 兹 力 、 磁力
ε Ｉ （ ） ２ ＨＪ 知， 要 计 算 应 变， 首 先 要 知 道 ＥＭＡＴ １） 由 式 （
Ｍ Ｓ ｄ 磁场与动态磁场的空间分 布 。ＥＭＡＴ 中 ， 一般用永久磁铁产生静态偏置磁 通有高频交 变 电 流 的 线 圈 产 生 动 态 磁 场 。 由 于 场， 铁磁材料的各向异 性 ， 试件内的磁场分布比空气中 的复 杂 ， 磁 场 的 极 化 方 向 往 往 不 是 唯 一 的。 在 要关注的是主要的 磁 场 ＥＭＡＴ 激励的声场分析中 ， 方向而忽略较弱的 ， 或者只关注对所需波型有贡献 （ ） 的磁场方向 。 以图 ２ 所 示 的 回 折 线 圈 为 例， 在试 ａ 件内的动 态 磁 场 既 有 切 向 分 量 又 有 法 向 分 量 。 其 中， 切向分量主要位于线圈直段正下方 ， 法向分量则 位于 相 邻 直 段 之 间 。 在 Ｃ ＯＭＳ Ｏ Ｌ 中仿真出的