磁致伸缩
磁致伸缩位移传感器工作原理_磁致伸缩位移传感器使用注意事项
磁致伸缩位移传感器工作原理_磁致伸缩位移传感器使用注意事项1.磁致伸缩材料（MFC）：磁致伸缩位移传感器的核心是一种特殊的材料，称为磁致伸缩材料。
当磁场通过磁致伸缩材料时，会产生应变效应，即材料的长度会发生变化。
这个效应是基于磁性颗粒在外加磁场作用下的定向排列和运动。
2.磁场感应：当外加磁场施加在磁致伸缩材料上时，磁场的强度会影响磁致伸缩材料的长度。
石墨烯可以通过生长在一块多晶硅衬底上的一层石墨进行实现。
由于石墨二维，磁场在它上面的作用导致电子受到强烈的定域束缚和孤对偶，从而使磁致伸缩材料的长度发生微小的改变。
3.引导电流：为了使磁致伸缩材料产生显著的位移，通常需要在材料中通过一定的电流。
这个引导电流是通过一个绕在磁致伸缩材料周围的线圈产生的，在磁致伸缩材料上产生一个磁场，并改变材料的长度。
4.位移测量：磁致伸缩位移传感器测量的是磁致伸缩材料的长度变化，依靠测量线圈的电感变化来实现。
通常，传感器中的线圈和一个补偿线圈组成一个桥电路。
当位移发生时，线圈中的电感将发生变化，从而引起桥电路的不平衡。
通过测量桥电路的不平衡程度，可以得到磁致伸缩材料的位移。
1.温度影响：磁致伸缩位移传感器的性能受到温度的影响较大，应尽量避免将传感器暴露在过高或过低的温度环境中。
同时，应注意传感器的温度补偿特性，以确保测量结果的准确性。
2.磁场干扰：磁致伸缩位移传感器是通过磁场来产生位移的，因此传感器周围的外部磁场会对传感器的测量结果造成干扰。
应尽量将传感器远离强磁场或者通过屏蔽措施来减小磁场干扰。
3.安装位置：传感器的安装位置对测量结果的准确性有很大影响。
应尽量避免传感器受到过大的外力或振动，同时保持传感器与被测物体之间的固定距离。
4.防护措施：磁致伸缩位移传感器通常是一种精密仪器，应注意防护措施，避免传感器受到湿度、灰尘等外部环境的影响。
5.线路连接：在连接传感器的线路时，应注意正确连接线圈和桥电路，避免接触不良或短路等问题。
磁致伸缩原理
磁致伸缩原理
磁致伸缩原理是指在磁场的作用下，某些磁性材料会发生形变的现象。
具体而言，当磁性材料置于磁场中时，其内部磁矩会重新排列，导致材料发生形变。
这种形变往往表现为材料的缩短或延伸，即磁致伸缩效应。
磁致伸缩原理是通过磁场对磁性材料内部磁矩的作用来实现的。
在常磁性材料中，原子的磁矩通常是无规则排列的，且各个磁矩之间相互抵消。
然而，当这些材料置于外部磁场中时，部分磁矩会受到磁场影响而发生重新排列。
这种排列过程会导致材料发生微小的形变。
具体来说，当磁性材料置于磁场中时，磁矩会受到磁力的作用而发生旋转。
当磁场方向与材料的磁矩方向一致时，磁矩会被吸引，这时材料会发生收缩现象；当磁场方向与材料的磁矩方向相反时，磁矩会被排斥，这时材料会发生伸长现象。
这种通过磁场调控形变的能力使得磁致伸缩原理可以应用于各种领域。
磁致伸缩原理在实际应用中有着广泛的用途。
例如，在声音装置中，可以利用磁致伸缩原理来制造扬声器，通过改变磁场的大小和方向，控制扬声器的振动膜的形变从而产生声音。
在精密机械领域，磁致伸缩原理也可以用于制造微调器、微运动器件等，实现微小尺度的位移调节。
此外，磁致伸缩原理还可以用于传感器、执行器等领域，为实现精密度控制和高灵敏度提供了一种有效的方法。
总之，磁致伸缩原理是通过磁场对磁性材料内部磁矩的作用来
实现形变的原理。
它在不同领域有着广泛的应用，为实现精密控制和高灵敏度提供了一种有效的方法。
磁致伸缩材料的应用课件PPT
场影响，导致宏观尺度上材料的形变。
磁致伸缩的微观机制
02
包括电子自旋磁矩的重新排列、原子或分子的振动和位移等。
磁致伸缩与温度的关系
03
磁致伸缩材料的性能受温度影响，不同温度下表现出不同的磁
致伸缩效应。
磁致伸缩材料的性能参数
磁致伸缩系数
衡量磁致伸缩效应的重要参数，不同材料具有不 同的磁致伸缩系数。
居里点
历史与发展
历史
磁致伸缩材料的研究始于19世纪，早 期主要应用于声纳、水声等领域。随 着科技的发展，磁致伸缩材料在能源、 航空航天、精密仪器等领域的应用逐 渐增多。
发展
近年来，随着环保意识的提高和新能 源技术的不断发展，磁致伸缩材料在 节能减排、振动控制、智能传感器等 领域的应用前景越来越广阔。
分类与结构
振动控制
减震器
磁致伸缩材料可以用于制造减震器，通过控制磁场强度来调节减震器的阻尼力，从而有 效抑制结构振动和噪音。
振动隔离器
利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应，可以实现主动振动隔离，提高设备的稳定性和可 靠性。
精密测量
磁场传感器
磁致伸缩材料可以用于制造高灵敏度的 磁场传感器，用于测量磁场强度和方向 ，广泛应用于物理、生物医学和地质等 领域。
分类
磁致伸缩材料主要分为金属型和复合型两类。金属型磁致伸缩材料主要包括镍、铁、钴等合金，复合型磁致伸缩 材料则是由铁磁颗粒与非磁性基体复合而成。
结构
磁致伸缩材料的微观结构对其性能具有重要影响。金属型磁致伸缩材料的晶体结构、相变温度、晶粒大小等都会 影响其磁致伸缩性能。而复合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁致伸缩材料的颗粒大小、颗粒分布、基体相的物理性质等也会对其性能产生影 响。
磁致伸缩位移传感器原理
磁致伸缩位移传感器原理磁致伸缩位移传感器是一种常用于测量微小位移的传感器，它利用磁致伸缩效应来实现对被测物体位移的测量。
该传感器具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，因此在工业自动化控制、机械制造、航空航天等领域得到了广泛的应用。
磁致伸缩位移传感器的原理是利用磁致伸缩效应来实现对位移的测量。
磁致伸缩效应是指当磁性材料处于外加磁场中时，其长度会发生变化的现象。
这种现象是由于磁性材料内部的磁矩在外加磁场的作用下重新排列而引起的。
当外加磁场增大时，磁性材料的长度会随之增加，反之则会减小。
利用这一原理，磁致伸缩位移传感器可以通过测量磁性材料的长度变化来实现对位移的测量。
磁致伸缩位移传感器通常由磁性材料、线圈和测量电路组成。
磁性材料可以是铁氧体、镍铁合金等材料，它们具有较大的磁致伸缩效应。
线圈通常被包裹在磁性材料的外部，当线圈中通以电流时，会在磁性材料中产生磁场，从而引起磁性材料的长度变化。
测量电路则用于测量线圈中的电流变化，进而计算出磁性材料的长度变化，从而得到被测物体的位移信息。
磁致伸缩位移传感器的工作原理可以简单概括为，当被测物体发生位移时，磁性材料的长度会发生变化，从而导致线圈中的电流发生变化；测量电路通过测量线圈中的电流变化来得到位移信息。
由于磁致伸缩效应的特性，磁致伸缩位移传感器具有高灵敏度、高分辨率和快速响应的特点，因此在工业自动化控制系统中得到了广泛的应用。
总之，磁致伸缩位移传感器利用磁性材料的磁致伸缩效应来实现对位移的测量，具有测量范围广、精度高、响应速度快等优点，适用于工业自动化控制、机械制造、航空航天等领域。
希望本文对磁致伸缩位移传感器的工作原理有所帮助。
磁致伸缩效应
磁致伸缩效应
1磁致伸缩效应
磁致伸缩效应，也称为磁致张弛效应，它指在施加适当磁场时，由于外界磁场对其局部极化过程的影响，部分异质界面自由器件会发生大小变化的现象，它是利用半导体中电子在磁场中运动引起半导体极化发生变化，从而改变机械元件形状或位置，而在外界磁场变化时又有相应的运动反应的一种现象。
磁致伸缩作用的影响主要表现在以下几个方面：第一，磁场强度大于一定的强度，部分异质界面物体会释放出热量，会发生大小变化；第二，磁场强度迅速升高，物体一侧会往一侧有不同的变化；第三，磁场强度快速降低，物体一侧会受到外力做出反应，会发生微小变化；第四，部分异质界面物体在施加适当强度磁场时，还会有电学现象，可以产生电能，控制作用等。
磁致伸缩效应主要应用在以下几方面：第一，可以应用于制造“薄膜阀”，可以控制压力。
第二，用于智能记忆材料，可以调节外表形状，模拟生物组织的变形刚度；第三，用于电动设备的微动，如手表的电池，耳机的振动器；第四，用于机器人进行触摸识别，制作拇指磁贴，以识别用户手指接触，以辅助发出声音或照明；第五，可以利用它来制造自动控制的行程开关。
磁致伸缩效应是一个不可思议的物理现象，它可以用来调控多种制作的装置，除了上述应用示例之外，在未来，它还将为我们开发出许多新的应用，可以给我们带来更多的科技惊喜。
磁致伸缩 原理
磁致伸缩原理
磁致伸缩是一种材料在磁场作用下发生体积变化的现象。
这种现象是由于材料内部存在磁性颗粒或晶格与局域的磁矩相互作用所导致的。
在外加磁场的作用下，磁致伸缩材料的磁矩会受到磁场力的作用，使得材料的晶格结构发生变化。
这种变化可以是材料的体积增大或缩小，取决于材料的特性和磁场的性质。
磁致伸缩现象常见于一些具有铁、镍等磁性元素的合金材料，例如镍钛记忆合金。
在这种合金中，当外加磁场消失时，磁性晶格会重新排列，材料会恢复到原始形状。
这种记忆效应使得磁致伸缩材料在各种应变传感器、声发射传感器、电动机等领域有着广泛的应用。
磁致伸缩材料的应用还可以根据其体积变化的性质来进行分类。
一类是正磁致伸缩材料，它们在磁场作用下体积增大。
另一类是负磁致伸缩材料，它们在磁场作用下体积缩小。
这两类材料都有其特定的应用场景，例如正磁致伸缩材料可以用于音频设备中的扩音器，而负磁致伸缩材料则可以用于微机电系统（MEMS）的振动控制。
总之，磁致伸缩是一种通过改变材料体积的方法来响应磁场作用的现象。
通过研究和应用这种现象，可以在各种领域中实现磁场控制下的尺寸和形状变化，从而为各种设备和系统的设计和制造提供新的可能性。
磁致伸缩系数
磁致伸缩系数1. 什么是磁致伸缩现象磁致伸缩是指材料在磁场作用下发生的形变现象。
具体来说，当一个磁场作用于铁磁性材料时，材料的尺寸会发生微小的变化，即在磁场方向上发生了伸缩。
这种现象是由材料的磁畴结构改变引起的。
2. 磁致伸缩系数的定义磁致伸缩系数是描述铁磁性材料磁致伸缩效应大小的物理量。
磁致伸缩系数以α表示，是指在单位磁感应强度变化下，材料的长度相对变化的比例。
通常用百分比或者ppm（百万分之一）来表示。
3. 磁致伸缩系数的计算方法磁致伸缩系数的计算方法如下：α = (ΔL / L0) × 10^6其中，ΔL是材料在磁场作用下的长度变化，L0是无磁场时材料的长度。
磁致伸缩系数的单位是ppm。
4. 影响磁致伸缩系数的因素磁致伸缩系数的大小受多种因素的影响，包括但不限于以下几点：4.1 材料的磁性质磁致伸缩系数与材料的磁性质有着密切的关系。
对于铁磁性材料来说，具有较高的铁磁性的材料往往有较大的磁致伸缩系数。
而对于顺磁性材料和抗磁性材料来说，磁致伸缩效应非常弱，几乎可以忽略不计。
4.2 外加磁场的强度磁致伸缩系数随着外加磁场的增强而增大，但是当磁场达到一定强度后，磁致伸缩系数将趋于稳定。
这是因为材料的磁化强度和磁化饱和度有一定的范围，在这个范围内，磁化强度的增加对磁致伸缩系数的影响较小。
4.3 温度温度对磁致伸缩系数也有一定的影响。
一般情况下，随着温度的升高，材料的磁致伸缩系数会减小。
这是因为温度的升高会破坏材料的磁畴结构，使得磁致伸缩效应减弱。
4.4 材料的晶体结构材料的晶体结构也是影响磁致伸缩系数的因素之一。
不同的晶体结构会对磁场的作用产生不同的响应，从而影响磁致伸缩系数的大小。
5. 应用领域磁致伸缩效应在许多领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：5.1 磁性材料的应用由于磁致伸缩系数与材料的磁性质有关，因此可以利用磁致伸缩效应来制备磁性材料。
这种材料可以应用于声音放大器、振动传感器等领域。
磁致伸缩传感器原理
磁致伸缩传感器原理
磁致伸缩传感器是一种常见的物理传感器，它利用磁致伸缩效应来测量物体的形变或位移。
其工作原理可以简单分为以下几个步骤：
1. 磁致伸缩材料：磁致伸缩传感器通常由磁致伸缩材料制成，如铁磁合金。
这种材料在外加磁场作用下会发生形变，即沿着磁场方向伸长或缩短。
2. 磁场感应：传感器会产生一个磁场，并将其施加到磁致伸缩材料上。
这个磁场可以由一个磁体或电磁铁产生。
3. 磁致伸缩效应：当施加磁场时，磁致伸缩材料会发生形变。
其沿着磁场方向伸长或缩短的程度与施加的磁场强度成正比。
4. 位移测量：通过测量磁致伸缩材料的形变，可以推导出物体的位移或形变。
这可以通过附加在磁致伸缩材料上的传感器来实现，如应变片、电阻片或感应线圈等。
5. 信号处理：传感器产生的位移信号通常是微弱的，需要经过放大、滤波和数字化等处理，以便进行进一步的分析和应用。
总的来说，磁致伸缩传感器利用施加磁场后磁致伸缩材料的形变来测量物体的位移或形变。
它具有高精度、高灵敏度和快速响应的特点，广泛应用于工业自动化、测量仪器、机器人和医疗设备等领域。
《磁致伸缩原理》课件
这个PPT课件将向您介绍磁致伸缩原理，包括其描述、应用、结构、制备技 术，以及研究现状和发展趋势。
磁致伸缩效应的描述
磁致伸缩效应是指当一种材料处于磁场中时，其尺寸会发生变化的现象。这种效应是由材料内部的微观 磁结构的改变引起的。
磁致伸缩效应的应用
磁致伸缩效应具有广泛的应用领域。它可以用于制造精密仪器和传感器、调节和控制设备、以及开发新 型的机械和电子元件。
目前，磁致伸缩元件的研究正在不断发展。研究人员正在致力于提高元件的 灵敏度、稳定性和可靠性，并探索更多新的应用领域。
结论
磁致伸缩原理是一项重要的科学发现，其应用潜力巨大。随着研究的深入和 技术的进步，磁致伸缩元件将在更多领域缩元件通常由磁性材料和弹性材料组成。磁性材料的磁性可以通过外部磁场来控制，从而改变元 件的尺寸。
磁致伸缩元件的制备及关键技 术
制备磁致伸缩元件的关键技术包括合金的选择和合金热处理，以及元件的加 工和装配技术。这些技术的发展对提高元件的性能至关重要。
磁致伸缩元件的研究现状和发 展趋势
磁致伸缩位移传感器课件
目 录
• 磁致伸缩位移传感器概述 • 磁致伸缩位移传感器的组成与结构 • 磁致伸缩位移传感器的性能指标 • 磁致伸缩位移传感器的安装与调试 • 磁致伸缩位移传感器的使用与维护 • 磁致伸缩位移传感器的发展趋势与展望
01 磁致伸缩位移传感器概述
定义与工作原理
定义
磁致伸缩位移传感器是一种非接触式位移测量仪器，通过测量磁场变化来检测 物体的位移。
等方面的需求将增长。
医疗与健康领域
磁致伸缩位移传感器在医疗器械 、康复设备等领域的应用将逐渐 增多，助力医疗健康行业的技术
进步。
对未来发展的影响与价值
促进智能制造发展
磁致伸缩位移传感器作为智能制造的关键传感器之一，其技术创 新和应用拓展将推动智能制造产业的升级和发展。
提高生产效率和安全性
磁致伸缩位移传感器的高精度测量和智能化发展有助于提高生产过 程的自动化水平和安全性，减少人工干预和误差。
环境适应性
工作温度
是指传感器正常工作时所处的环境温 度范围。磁致伸缩位移传感器的温度 范围较宽，能够在较宽的温度范围内 正常工作。
抗干扰能力
是指传感器对周围环境的干扰因素的 抵抗能力。磁致伸缩位移传感器具有 较强的抗干扰能力，能够在较为复杂 的环境中正常工作。
04 磁致伸缩位移传感器的安 装与调试
安装注意事项
确保传感器安装位置无强烈震动和磁场干扰
磁致伸缩位移传感器对震动和磁场干扰敏感，因此应选择平稳、无磁场干扰的位置进行安 装。
正确连接电源和信号线
确保电源和信号线的连接牢固，避免出现接触不良或短路的情况。
调整安装支架高度
根据实际需要，调整安装支架的高度，以确保传感器与被测物体之间的距离合适。
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。
磁致伸缩位移传感器的工作原理
磁致伸缩位移传感器的工作原理磁致伸缩（Magnetostrictive）位移传感器是一种常用于测量物体位移的传感器。
它利用了材料在磁场的作用下产生相应的形变，将这种形变转换为电信号，从而实现对物体位移的测量。
其工作原理可以分为磁致伸缩效应和差动变压原理两个方面。
首先，磁致伸缩效应是磁致伸缩位移传感器的关键原理之一、该效应是指磁性材料在磁场的作用下，在磁场方向上发生变化。
当磁场方向与其磁畴方向平行时，材料内部会出现磁畴的重排，磁畴的重排会导致材料的形变。
此时，磁致伸缩材料就会沿磁场方向发生形变，即产生磁致伸缩效应。
磁致伸缩位移传感器利用这种效应，通过测量材料形变的大小，来确定物体的位移。
其次，磁致伸缩位移传感器还利用差动变压原理实现物体位移的测量。
在磁致伸缩位移传感器中，通常会采用两个磁致伸缩材料，一个作为传感器材料，另一个作为参考材料。
这两个材料被固定在同一物体上，并且分别通过交流电源供电。
当加到这两个材料上的电流通过时，会在它们内部产生一个交变磁场。
这个交变磁场会使得这两个材料分别发生形变，形成两个相对移动的磁致伸缩杆。
其中一个磁致伸缩杆上带有一个用于产生磁场的磁极。
而这个磁极与另一个磁致伸缩杆相对静止，通过这个相对位移的变化，来测量物体的位移。
当物体的位移发生变化时，导致传感器材料和参考材料上的形变程度也会发生变化。
由于这两个磁致伸缩杆之间的瞬时相对位移的变化是线性的，所以传感器材料和参考材料上的形变差值也是相应线性变化的。
这种形变差值可以通过检测传感器电路中的电压信号来实现。
电路中通常会有一个电感元件，当通过交变电流时，会产生感应电势。
这个电势与传感器材料和参考材料之间的形变差值成正比，通过测量电压信号的大小，就能够确定物体的位移。
总结起来，磁致伸缩位移传感器利用磁致伸缩效应和差动变压原理实现对物体位移的测量。
它通过测量磁致伸缩材料的形变大小来确定位移，并将这种形变转换为电信号进行输出。
这种传感器可以应用于很多领域，例如工业自动化、机械设备等。
磁致伸缩微观原理
磁致伸缩微观原理
磁致伸缩（Magnetostriction）是指材料在磁场作用下发生微小的尺寸变化现象。
该原理是由法国科学家皮埃尔·居里发现的。
磁致伸缩微观原理可以通过以下步骤来解释：1. 在没有外部磁场作用下，材料的晶格结构是均匀和对称的。
2. 当外部磁场施加到材料上时，磁场与材料中的磁性原子相互作用，使得磁性原子的自旋和电子云发生微小的重新排列。
3. 这种重新排列导致了晶格结构的微小变形，并且导致了整个材料的线性尺寸发生变化。
4. 材料的尺寸变化与施加的磁场强度成正比，这种比例关系由材料的磁致伸缩常数决定。
磁致伸缩原理在实际应用中具有重要的意义。
例如，在磁致伸缩传感器中，通过测量材料尺寸的微小变化，可以间接地测量施加在传感器上的磁场强度。
此外，磁致伸缩材料还可以用于制造声学发电机、声学换能器等设备，利用磁场的变化来产生机械振动，实现能量转换。
磁致伸缩现象
1．磁致伸缩现象（或效应）：铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度。
磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH—lo）／lo，1o为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。
2．磁致伸缩材料主要有三大类：即①是磁致伸缩的金属与合金，如镍和金煤（Ni）基合金（Ni，Ni－Co合金，Ni－Co－Cr合金）和铁基合金（如Fe—Ni合金，Fe－Al合金，Fe－Co－V合金等）；②是铁氧体磁致伸缩材料，如Ni－Co和Ni－Co－Cu铁氧体材料等。
前两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在20—80ppm之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（Pb，Zr，Ti）C03材料，（简称为PZT或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；③近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料。
3．稀土超磁致伸缩材料：以（Tb，Dy）Fe2化合物为基体的合金Tb0．3Dy0．7Fe1．95材料（Tb－Dy－Fe材料）的λ达到1500~2000ppm，比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1~2个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
磁致伸缩现象大家知道物质有热胀冷缩的现象。
除了加热外，磁场和电场也会导致物体尺寸的伸长或缩短。
铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长（或缩短），去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象（或效应）。
另外有些物质（多数是金属氧化物）在电场作用下，其尺寸也伸长（或缩短），去掉外磁场后又恢复其原来的尺寸，这种现象称为电致伸缩现象。
磁致伸缩效应可用磁致伸缩系数（或应变）λ来描述，λ＝（lH—lo）／lo，lo为原来的长度，1H为物质在外磁场作用下伸长（或缩短）后的长度。
一般铁磁性物质的λ很小，约百万分之一，通常用ppm代表。
磁致伸缩的原理
磁致伸缩的原理
磁致伸缩是指在磁场存在的情况下，某些材料会发生长度的变化。
磁致伸缩原理基于磁光效应和磁敏效应。
首先，磁光效应是指在磁场中，材料的光学性质会发生变化。
具体来说，材料的折射率会随着磁场的变化而发生改变。
这种改变可以通过测量光的传播速度或透过材料的光的强度来观察。
其次，磁敏效应是指在磁场中，材料的磁性质会发生变化。
其中磁敏压电效应是一个重要的机制。
磁敏压电效应是指在磁场中，某些材料会产生电荷极化，进而引起材料表面的电势差，从而产生应变。
基于以上两种效应，磁致伸缩的原理可以解释如下：当磁场施加在具有磁敏压电性质的材料上时，磁场会改变材料的磁性质，而在材料内部会形成一个磁场梯度。
随着磁场的变化，内部的磁场梯度也会发生变化。
这个磁场梯度的变化又会影响材料的折射率，从而导致光传播速度的变化。
由于光速是有限的，当光传播速度发生变化时，就会形成光学传播延迟。
根据电磁波的性质，电磁波的传播延迟和材料的长度变化成正比关系。
因此，当磁场发生变化时，材料的长度也会相应发生变化，即产生磁致伸缩效应。
总之，磁致伸缩的原理是通过磁光效应和磁敏效应，磁场改变材料的光学和磁性质，从而导致材料的长度发生变化。
这一原理在实际应用中可以用于制备磁致伸缩材料、研究电磁波传播特性等。
磁致伸缩工作原理
磁致伸缩工作原理磁致伸缩是一种利用磁场引起金属材料伸长或缩短的现象和技术。
它是利用磁化的材料在磁场作用下发生磁致伸缩效应的一种应用。
磁致伸缩广泛应用在各种磁致伸缩装置中，如磁致伸缩臂、磁致伸缩悬臂、磁致伸缩驱动器等。
磁致伸缩效应是指当一块铁磁材料处于磁场中时，材料的尺寸会发生变化。
一般而言，金属材料在磁场中会出现沿着磁场方向伸长或缩短的情况。
这种磁致伸缩效应是由于磁矩的改变引起的。
当金属材料处于磁化状态时，内部的磁矩会发生改变，从而导致材料的尺寸发生变化。
磁致伸缩的工作原理可以通过以下几个步骤来解释：1.磁化：在磁致伸缩装置中，金属材料首先被磁化。
这可以通过施加一个外部磁场来实现，或者通过通电产生磁场。
这个磁场会对金属材料的原子或电子产生作用，使其内部磁矩发生变化。
2.内部磁矩变化：在磁场的作用下，金属材料内部的磁矩会发生变化。
这种变化通常是通过磁矩的转动和重新排列来实现的。
这个过程与金属中的磁畴结构相关。
3.弹性变形：磁矩的变化会导致金属材料发生弹性变形。
这是由于磁矩改变引起了金属原子之间的相互作用。
这种变形可能导致金属材料沿磁场方向伸长或缩短。
因为磁矩的改变是可逆的，所以金属材料在去除磁场后会恢复到原来的尺寸。
4.力学工作：金属材料的伸长或缩短可以用来实现力学工作。
例如，在磁致伸缩臂中，材料的伸长或缩短可以用来实现机械臂的伸缩。
这种机械臂可以在需要时伸长或缩短，从而实现对物体的抓取或放置。
总的来说，磁致伸缩是利用磁场作用于金属材料时引起的磁致伸缩效应来实现的。
它的工作原理是通过磁矩的改变引起金属材料的弹性变形，从而实现力学工作。
磁致伸缩在许多领域中有广泛的应用，如机械工程、电子技术等。
第四章 第四节 磁致伸缩
体积磁致伸缩： 铁磁体被磁化时其体积大小的相对变化。
一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数
b、磁致伸缩效应与磁化过程有一定的联系
体积磁致伸缩只有在铁磁体技术磁化到饱和以后的顺磁过程才 能明显表示出来，因此，磁致伸缩的讨论将主要限于线磁致伸 缩（简称为磁致伸缩）。 磁致伸缩的逆效应是应变影响磁化——铁磁体的压磁现象。
第四节 磁致伸缩
本节主要内容 一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 二、磁致伸缩来源 三、自发形变对磁晶各向异性能的影响（实际晶体） 四、磁致伸缩的计算
一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 1、定义：铁磁晶体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变化， 这种现象叫磁致伸缩。 a、缩：沿磁场方向尺寸大小的相 对变化。
以交换积分A对u (=a/r0)的关系曲线即Slater－Betle曲线可以 说明：
二、磁致伸缩来源
铁磁体A~u曲线
a、当铁磁体A～u曲线处于横轴上方上升段时： 设球形晶体中，在Tc以上原子间距为a1，对应A1；降至Tc以下后， 原子间距为a2，对应A2，由图知A2 > A1，由：
Eex 2AS2 cosij
计算
3 2
[100]
12
12
2 2
2 2
3232
1 3
3[111] 121 2 232 3 313 1
证明（4-60）式：
0
2 5
[100]
3 5
[111]
提示：
1、利用
0
=
1
4
2
0 d 0 ad
2、由于实验中在磁化场方向测量
，故在多晶体的各晶粒中，
测量方向即磁化方向。所以，αi =βi;
磁致伸缩课件PPT
03 磁致伸缩材料的制备与加 工
粉末冶金法制备磁致伸缩材料
粉末冶金法是一种制备磁致伸缩材料 常用的方法，通过将铁磁性粉末与其 他合金元素混合，经过压制、烧结等 工艺制备出磁致伸缩材料。
粉末冶金法制备的磁致伸缩材料具有 较高的磁致伸缩性能和稳定性，适用 于大规模生产和应用。
熔炼法制备磁致伸缩材料
动态磁致伸缩性能对于评估磁致伸缩 材料的动态响应特性和应用潜力具有 重要意义。
热稳定性的测试与表征
热稳定性是指磁致伸缩材料在高温下的稳定性和可靠性，通常采用热分析法和高温测试等方法进行评 估。
热稳定性对于评估磁致伸缩材料的应用范围和寿命具有重要意义，也是磁致伸缩材料研究和开发的重 要方向之一。
05 磁致伸缩材料的应用实例
精密测量
磁致伸缩材料
利用磁致伸缩效应可以实现对微小形变、 磁场、振动等的精密测量。
在某些领域，如航空航天、医疗器械等， 需要高精度、高可靠性的材料，磁致伸缩 材料在这些领域具有广泛的应用前景。
02 磁致伸缩材料的种类与特 性
铁磁性金属的磁致伸缩
总结词
铁磁性金属如镍、钴、铁等具有显著的磁致伸缩效应，其伸缩量与磁场强度和 方向密切相关。
04 磁致伸缩材料的性能测试 与表征
磁致伸缩性能的测试
磁致伸缩性能是磁致伸缩材料的重要特性之一，通常采用动态或静态测试方法进行 测量。
动态测试方法包括振动样品磁强计（VSM）和扭摆法等，可以测量磁致伸缩系数和 磁致伸缩响应时间等参数。
静态测试方法包括拉伸测试和弯曲测试等，可以测量磁致伸缩应变和应力等参数。
熔炼法是将铁磁性材料与其他合金元素一起熔炼成液态，然后通过冷却、凝固等 工艺制备出磁致伸缩材料。
熔炼法制备的磁致伸缩材料具有较高的磁致伸缩性能和力学性能，但制备过程中 需要控制温度和冷却速度等参数，以确保材料的性能和质量。
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常用热电偶材料
标准热电偶材料对标准铂的热电动势
第五节
光功能材料
光功能材料按用途分为 光介质材料 固体激光材料 固体发光材料 非线性光学材料 金铁电光晶体材料
光导纤维
光学薄膜 弹光与声光材料等
一、固体激光材料
（一）激光的产生
E2 h E1 E2 h E1 吸收 引发受激辐射
A电子从E2返回E1， 并释放出一个光 子hv=E2-E1
（三）形状记忆陶瓷
20世纪60年底人们确认陶瓷材料也存在马氏体相变， 一个著名的例子就是ZrO2 陶瓷中的马氏体相变，这一 相变现象可以使陶瓷材料具有形状记忆效应。
随温度的变化纯ZrO2 有三种晶型：单斜晶系、四方晶 系、立方晶系。单斜向四方转变有5％的体积变化，而 且应力也可诱发单斜向四方的转变
1、低膨胀材料
低膨胀材料是热膨胀系数较小的材料，也叫因瓦（Invar）合金。 主要应用于精密仪器、标准量具等以保证仪器精度的稳定及设备 的可靠性。
2、定膨胀材料
定膨胀材料是指在某一温度范围内具有一定膨胀系数的材料，也 称可伐（Kovar）合金； 主要用于与玻璃、陶瓷等材料相封接，要求与被封接材料的膨胀 系数相匹配。
氧化锆陶瓷的形状记忆效应
第一步：在室温下施加压力，样 品首先发生弹性变形，接着在近 乎恒定的应力下发生流变； 第二步：卸载。卸载后弹性变形 消失而塑性变形则保留下来。
第三步：加热到Af以上，样品从 60oC开始逆转变，到200oC逆转变 结束，变形也随着消失。
形状记忆材料的应用
机械工程领域 热套
三、测温材料
热电偶是应用最广的一种测温原件，它是由两种不同材料 导线连接成的回路，其感温的基本原理是热电效应。 由两种不同的导体（或半导 体）A、B组成闭合回路，当 两接触点保持在不同的温度 T1，T2时，回路中将有电流 通过，此回路称为热电回路。 回路中出现的电流称为热电 流。回路中出现的电动势 EAB称为珀尔贴电动势。
三、磁致伸缩材料
磁致伸缩效应： 磁性材料在外磁场作用下，产生伸长或缩短的现象－为磁致伸缩效 应。
Fe 随磁场强度 的增大而伸长
λ
λ 为磁致伸缩系数
Ni 随磁场强度 的增大而缩短
l l
常用磁致伸缩材料室温下的饱和磁致伸缩系数为8~10-6
磁致收缩的各种变形模式
常用磁致伸缩材料
常用磁致伸缩材料 镍 铁镍 铁铝 铁钴钒
分子激光器
分子气体激光器通过分子能级间的跃迁产生激发振荡 的一和种激光器，分子气体激光器中主要使用的为 CO2激光器；
CO2 激光 器效率 高 ，不造 成 工作介 质 损害 ， 发 射出 10.6μm波长的不可见激光，是一种比较理想的激光器。
二、光导纤维
光纤是一种非常细的可弯曲的导光 材料。单根光纤的直径约为几到几 百微米，它由内层材料（芯料）和 包层材料（涂层）组成的复合结构。 为了保护其不受损坏、最外面再加 一层塑料套管。
h h A A
入射光子引发受激辐射或被吸收
只有能量为hv=E2-E1的光子才能引起受激辐 射； 受激辐射后，就有两个能量都是hv的光子； 受激辐射光的位相、偏振都与入射光相同； 在外界光子引发受激辐射的同时，也发生吸 收的过程； 处于低能态的原子数总是很多，外界光子被 吸收的可能性更大，引发受激辐射的可能性 很小。
固体激光器
固体激光器发展最早，其体积小，输出功率大，应用方便。但由 于工作物质很复杂，造价高。 用于固体激光器的物质主要有三种： 红宝石工作物质，它是在单晶体刚玉基质中掺入少量的三价铬离 子后形成的激活晶体。掺入的三价铬离子是激活剂，起发光中心 的作用。输出波长为694.3nm，为红色光； 掺钕铝石榴石（Nd：YAG）工作物质，输出的波长为1.06μm呈白 蓝色光； 钕玻璃工作物质，输出波长1.06μm呈紫蓝色光。
光在光纤中的传播原理
光纤芯料的折射率高于包层材料的折射率，当入射光线由内层射 到两层的界面时，只要入射角小于临界角，就可全反射折回内层， 完全避免了传输过程中的折射损耗。
常用光纤材料
石英玻璃光纤、 多组分玻璃光纤、 高双折射偏振保持光纤、 单偏振光纤、 各种传感器用光纤等。
光纤材料
按光纤材料的组分不同可分为石英光纤、多组分氧化物玻璃光纤、 非氧化物玻璃光纤、晶体光纤和高聚物光纤。 石英光纤是以SiO2为主成分制成的。目前通讯用光纤都是SiO2玻 璃光纤。
激光器
自1960年梅曼研制出第一台红宝石激光器以来，激光器的研制和应用有 了飞速发展，在工业、医疗、民用、国防等领域应用广泛。 激光器主要由三部分组成：激光工作物质、激励能源、光学共振腔。 1）工作物质是激光器的核心，只有能实现能级跃迁的物质才能作为激光 器的工作物质。 2）激励能源（光泵） 作用是给工作物质以能量，即将原子由低能级激 发到高能级的外界能量。 3）光学共振腔是激光器的重要部件，其作用一是使工作物质的受激辐射 连续进行；二是不断给光子加速；三是限制激光输出的方向。 根据激光工作物质，可把激光器分为气体激光器、固体激光器、分子激 光器、半导体激光器等。
产生激光的必要条件
只有让高能级的原子数大于低能 级的原子数；（也叫粒子数反转） 才可能使受激辐射的几率大于吸 收几率； 维持连续不断的受激辐射。
产生激光的充分条件
单色光 粒子数反转产生的激光寿命短、 微弱，没有实用价值； 必须经过光谐振器，使光子不 断增值，最后产生很强的位相相同的 单色光，就是实用的激光。
铁氧体
磁致伸缩材料的应用
在磁（电） - 声换能器中的应用 声纳、超声换能器、扬声器等。 在磁(电) - 机械致动器中的应用 精密流体控制、超精密加工、超精密定位、机器人、 精密阀门、微马达以及振动控制等工程领域。 传感器敏感元件 超磁致伸缩材料除用于驱动之外，利用其磁致伸缩效 应或逆效应还可以制作检测磁场、电流、应变、位移、扭 矩、压力和加速度等的传感器敏感元件。 磁致伸缩液位传感器，可实现对液位的高精度计量,其 测量分辨率高于0.11 mm。
这种热弹性马氏体不像Fe-C合金中的马氏体那样，在 加热转变成它的母相（奥氏体）之前即发生分解，而 是加热时直接转成它的母体。
热弹性马氏体冷却时马氏体长大，加热时马氏体收缩， 热弹性马氏体的相变是可逆的，且相变的过冷度很小。
热弹性马氏体形状记忆效应
将一定形状的记忆合金试样冷却到Mf点以下，对之进行一定限度 的变形，卸去载荷后，变形被保留下来； 将变形了的试样加热到As以上，试样开始恢复，加热到Af点，试 样恢复到变形前的形状。
主要红外光纤的光学传输性能
光纤被大量地应用在光通讯方面，此外，光纤作为传 感器在军事、医学都有重要应用。
第六节
其它功能材料
敏感材料 储氢材料 隐形材料 声功能材料
一、敏感材料
敏感材料可以分为：声、光、 电压、磁、气、热、湿、力、电化 学、生物等敏感材料
（一）气敏感材料 随着环境气氛的变化，这类 材料的电阻会明显改变，俗称 “电鼻子” ， 用以检测环境中气 氛的变化。
要点总结
电功能材料： 半导体材料 超导材料 磁功能材料 软磁材料 硬磁材料 磁致伸缩材料
第四节
热功能材料
内容
随着温度的变化，有些材料的某些物理性能 会发生显著变化，如热胀冷缩、出现形状记忆效 应或热电效应等，这类材料称为热功能材料。
本章主要内容： 膨胀材料 形状记忆材料 测温材料
内容 1-1
未受热
高 主动层 Mn75Ni15Cu10 低 被动层 Ni36
受热后
可作为各种测量和控制仪表的传感元件
二、形状记忆材料
将具有某种初始形状的制品进行变形后，通过 加热等手段处理时，制品又恢复到初始形状。 形状记忆材料通常包括： 形状记忆合金 形状记忆聚合物 形状记忆陶瓷。
（一）形状记忆合金
合金的形状记忆效应实质上是在温度和应力的作用下， 合金内部热弹性马氏体形成、变化、消失的相变过程 的宏观表现。
常用形状记忆合金
形状记忆合金
镍-钛系 铜系 铁系
目前用量最大 优点：抗拉强度高、疲劳 强度高、耐蚀性好、密度 小、与人体有生物相容性 缺点：成本高、加工困难
缺点：功能不如镍-钛系 优点：成本低、加工容易
缺点：功能不如铜系 优点：具有价格竞争优势
（二）形状记忆聚合物
形状记忆聚合物不同于马氏体相变，而是基于高分子 材料中分子链的取向与分布的变化过程； 这种聚合物具有两相结构，即固定相和可逆相； 可逆相是能够随温度变化在结晶与熔融态间，或者在 玻璃态与高弹状态间可逆转变的相，随温度的升高或 降低，可逆相的结构发生变化，使之发生软化、硬化。 固定相则在工作温度范围内保持不变。
生物医学方面 接骨板、人工关节等
空间技术 压缩天线
记忆合金的应用
将记忆合金制成在Af温度以上具有（a）所示形状铆钉，铆接时先 将其冷却到Mf温度以下，这时合金处于完全的马氏体态很容易变 形，略施加一点力将铆钉扳成（b）所示并插入铆钉孔（c），然 后随温度回升到Af以上，铆钉回复到变形前的形状达到铆接的目 的（d）。
覆层 高 强 材 料
纤芯 高透明 固体材料
总外径 125~200μm
包层 折射率较纤芯 低 固体材料
全反射现象
一切光纤的工作基础都是光的 全反射现象。 如果一束光投射到折射率分别 为n1和n2的两种媒质的界面上 时（设n1>n2 ），入射光将分 为反射光和折射光。入射角φ1 与折射角 φ2之间服从n1/n2=sin φ1/sin φ2 的折射定律。 当φ1增大时，φ2也相应增加， 当φ2 =π /2， φ1=arcsin(n2/n1) 时，入射光全部返回原来的介 质中，这种现象叫做光的全反 射。
膨胀材料
热膨胀是指材料的长度或体积在不加外力时随温度的升高而变大的现
象。 材料热膨胀的本质是原子间的平均距离随温度的升高而增大，即是由 原子的非简谐振动引起的。 材料热膨胀系数的大小与其原子间的接合键强弱有关，结合键越强， 则给定温度下的热膨胀系数越小，材料中陶瓷的结合键（离子键和共价键） 最强，金属的（金属键）次之，高聚物的（范德华力）最弱，因此热膨胀 系数依次增大。 常用的膨胀材料包括低膨胀材料、定膨胀材料和热双金属材料