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CN105911493B - 一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法 - Google Patents

一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置和方法，该测量装置包括高精度电源、第一导线、第二导线、驱动器、位移传感器、传感器支架、安装螺母、螺钉、计算机、数据线、数据采集卡、第三导线、第四导线、信号放大器、第五导线、第六导线、稳压电源、第七导线、第八导线、第九导线、第十导线、底板、水箱、水泵、出水管、进水管、底座、第十一导线、第十二导线、温度显示仪、第十三导线和第十四导线。本发明提供的测量装置和方法，能够精确测得超磁致伸缩棒材在恒定温度、不同偏置磁场、不同预紧力作用下的磁滞回线，满足不同工况下的使用要求，为高性能的超磁致伸缩材料器件的开发提供了保障。

Description

一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法
技术领域
本发明公开了一种测量磁滞回线的装置和方法，具体的说是一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置和方法。
背景技术
超磁致伸缩材料具有磁致伸缩系数大、响应速度快、磁-机耦合系统高等优异性能，针对其功能器件的开发已成为国内外功能材料研究的热点之一，在航空航天、国防军工、电子工业、精密驱动、超声检测勘探、海洋科学、减振防振、医疗器械等领域均具有非常好的应用前景。
目前，超磁致伸缩材料的形状主要以棒材型、薄膜型为主，其中又以棒材型为研究对象进行开发器件的居多。超磁致伸缩材料属于铁磁性功能材料，具有磁滞非线性特性，而针对磁滞非线性特性，学者们提出了各种补偿控制算法，为超磁致伸缩材料器件的开发提供了重要技术保障，然而使用各种补偿控制算法的前提条件是必须获得该材料的磁滞回线，而且获得的磁滞回线越精确，设计开发器件的性能越高。
通过查阅资料发现，目前针对超磁致伸缩棒材磁滞回线的测量装置和方法尚未有相关报到，有一项关于铁磁材料磁滞回线的测量装置及其应用方法的专利，专利号为：201210211755.7，其主要是针对人造永久磁铁、电机、变压器等方面磁滞回线的测量。本发明提供的测量装置和方法，能够精确测得超磁致伸缩棒材在恒定温度、不同偏置磁场、不同预紧力作用下的磁滞回线，满足不同工况下的使用要求，为高性能的超磁致伸缩材料器件的开发提供了保障。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置和方法，解决目前针对超磁致伸缩棒材的磁滞回线测量不能满足实际工况的难题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置，包括高精度电源、第一导线、第二导线、驱动器、位移传感器、传感器支架、安装螺母、螺钉、计算机、数据线、数据采集卡、第三导线、第四导线、信号放大器、第五导线、第六导线、稳压电源、第七导线、第八导线、第九导线、第十导线、底板、水箱、水泵、出水管、进水管、底座、第十一导线、第十二导线、温度显示仪、第十三导线和第十四导线；
所述的高精度电源通过第一导线、第二导线、第十三导线、第十四导线与驱动器相连，负责为驱动器内电磁线圈提供电流信号；
所述的第一导线和第二导线与高精度电源通道一相连；第十三导线和第十四导线与高精度电源通道二相连；
所述的驱动器固定在底座中；
所述的底座固定在底板上；
所述的位移传感器通过安装螺母固定在传感器支架上；
所述的传感器支架通过螺钉固定在底板上，并保持位移传感器的触头与驱动器的输出杆为接触状态；
所述的稳压电源通过第七导线、第八导线与位移传感器相连，同时又通过第五导线、第六导线与信号放大器相连，负责为位移传感器和信号放大器提供电源；
所述的数据采集卡通过第三导线、第四导线与信号放大器相连，负责采集经信号放大器放大的位移信号，同时又通过数据线与计算机相连，负责传递位移信号到计算机中；
所述的信号放大器通过第九导线、第十导线与位移传感器相连，负责对位移传感器采集的信号进行放大处理；
所述的水箱、水泵、进水管与出水管组成水冷却循环系统，负责为驱动器中的超磁致伸缩棒材进行降温处理；
所述的温度显示仪通过第十一导线、第十二导线与驱动器内部的温度传感器相连，负责显示超磁致伸缩棒材的温度值；
所述的驱动器包括预紧螺钉、后端盖、后垫片、外套筒、超磁致伸缩棒材、线圈骨架、前端盖、碟簧、输出杆、前垫片、电磁线圈和温度传感器；
所述的后端盖上设有穿线槽一，方便进水管、电磁线圈导线、温度传感器导线进入；
所述的后垫片上设有穿线槽二，方便进水管和温度传感器导线进入；
所述的前垫片上设有穿线槽三，方便出水管伸出；
所述的前端盖上设有穿线槽四，方便出水管伸出；
所述的输出杆上设有穿线槽五，方便出水管伸出，端面中心部分设有螺纹孔，方便与外部负载连接，同时也方便与位移传感器接触。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法，包括以下步骤：
S1:设定高精度电源通道一的输出电流为Ip，在电磁线圈内产生相应的偏置磁场强度Hp，作为偏置磁场施加给超磁致伸缩棒材；
S2:将位移传感器测量的数据清零，调节预紧螺钉，观察位移传感器测量的数据X0，根据碟簧的刚度系数K，计算出预紧力F0＝K*X0；
S3:将位移传感器测量的数据清零，打开水泵，使水冷却循环系统正常工作；
S4:设定高精度电源通道二的输出电流为Iq0，在电磁线圈内产生相应的驱动磁场强度Hq0，通过位移传感器测量此时的位移值Xq0；
S5:调节高精度电源通道二的输出电流为一系列值Iqi(0～Imax),在电磁线圈内产生一系列相应的驱动磁场强度Hqi，通过位移传感器测量一系列的位移值 Xqi；
S6:调节高精度电源通道二的输出电流，使得位移传感器测量的位移值不再增大，此时的电流记为Imax，在电磁线圈内产生相应的驱动磁场强度Hqmax，位移值记为Xqmax；
S7:通过绘制以Hqi为X轴，以Xqmax为Y轴的图形曲线，即可获得在恒定温度，偏置磁场为Hp，预紧力为F0作用下的超磁致伸缩棒材的磁滞回线。
本发明采用上述技术方案，能够精确测得超磁致伸缩棒材在恒定温度、不同偏置磁场、不同预紧力作用下的磁滞回线，满足不同工况下的使用要求，为高性能的超磁致伸缩材料器件的开发提供了保障。
附图说明
图1为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置的整体结构示意图；
图2为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器结构示意图；
图3为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器中后端盖结构示意图；
图4为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器中后垫片结构示意图；
图5为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器中前垫片结构示意图；
图6为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器中前端盖结构示意图；
图7为本发明的测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器中输出杆结构示意图。
图中1.高精度电源；2.第一导线；3.第二导线；4.驱动器；5.位移传感器；6传感器支架；7.安装螺母；8.螺钉；9.计算机；10.数据线；11.数据采集卡；12.第三导线；13.第四导线；14.信号放大器；15.第五导线；16.第六导线；17.稳压电源；18.第七导线；19.第八导线；20.第九导线；21.第十导线；22.底板；23.水箱；24.水泵；25.出水管；26.进水管；27.底座；28. 第十一导线；29.第十二导线；30.温度显示仪；31.第十三导线；32.第十四导线；401.预紧螺钉；402.后端盖；403.后垫片；404.外套筒；405.超磁致伸缩棒材；406.线圈骨架；407.前端盖；408.碟簧；409.输出杆；410.前垫片；411.电磁线圈；412.温度传感器；4021.穿线槽一；4031.穿线槽二；4101. 穿线槽三；4071.穿线槽四；4091.穿线槽五；4092.螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置整体结构示意图如图1所示，包括高精度电源1、第一导线2、第二导线3、驱动器4、位移传感器5、传感器支架 6、安装螺母7、螺钉8、计算机9、数据线10、数据采集卡11、第三导线12、第四导线13、信号放大器14、第五导线15、第六导线16、稳压电源17、第七导线18、第八导线19、第九导线20、第十导线21、底板22、水箱23、水泵24、出水管25、进水管26、底座27、第十一导线28、第十二导线29、温度显示仪 30、第十三导线31和第十四导线32；
高精度电源1通过第一导线2、第二导线3、第十三导线31、第十四导线32 与驱动器4相连，负责为驱动器4内电磁线圈411提供电流信号；
第一导线2和第二导线3与高精度电源1的通道一相连；第十三导线31和第十四导线32与高精度电源1的通道二相连；
驱动器4固定在底座27中；
底座27固定在底板22上；
位移传感器5通过安装螺母7固定在传感器支架6上；
传感器支架6通过螺钉8固定在底板22上，并保持位移传感器5的触头与驱动器4的输出杆409为接触状态；
稳压电源17通过第七导线18、第八导线19与位移传感器5相连，同时又通过第五导线15、第六导线16与信号放大器14相连，负责为位移传感器和信号放大器提供电源；
数据采集卡11通过第三导线12、第四导线13与信号放大器14相连，负责采集经信号放大器4放大的位移信号，通过数据线10与计算机9相连，负责传递位移信号到计算机9中；
信号放大器14通过第九导线20、第十导线21与位移传感器5相连，负责对位移传感器5采集的信号进行放大处理；
所述的水箱23、水泵24、进水管26与出水管25组成水冷却循环系统，负责为驱动器4中的超磁致伸缩棒材405进行降温处理。
所述的温度显示仪30通过第十一导线28、第十二导线29与驱动器4内部的温度传感器412相连，负责显示超磁致伸缩棒材405的温度值。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线装置中驱动器结构示意图如图2所示，包括预紧螺钉401、后端盖402、后垫片403、外套筒404、超磁致伸缩棒材405、线圈骨架406、前端盖407、碟簧408、输出杆409、前垫片410、电磁线圈411 和温度传感器412。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置中驱动器中后端盖结构示意图如图3所示，后端盖402上设有穿线槽一4021，方便进水管26、电磁线圈411导线、温度传感器412导线进入。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置中驱动器中后垫片结构示意图如图4所示，后垫片403上设有穿线槽二4031，方便进水管26和温度传感器412 导线进入。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置中驱动器中前垫片结构示意图如图5所示，前垫片410上设有穿线槽三4101，方便出水管25伸出。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置中驱动器中前端盖结构示意图如图6所示，前端盖407上设有穿线槽四4071，方便出水管25伸出。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的装置中驱动器中输出杆结构示意图如图7所示，输出杆409上设有穿线槽五4091，方便出水管25伸出，端面中心部分设有螺纹孔4092，方便与外部负载连接，同时也方便与位移传感器5接触。
一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法，包括以下步骤：
S1:设定高精度电源1通道一的输出电流为Ip，在电磁线圈411内产生相应的偏置磁场强度Hp，作为偏置磁场施加给超磁致伸缩棒材405；
S2:将位移传感器5测量的数据清零，调节预紧螺钉401，观察位移传感器 5测量的数据X0，根据碟簧408的刚度系数K，计算出预紧力F0＝K*X0；
S3:将位移传感器5测量的数据清零，打开水泵24，使水冷却循环系统正常工作；
S4:设定高精度电源1通道二的输出电流为Iq0，在电磁线圈411内产生相应的驱动磁场强度Hq0，通过位移传感器5测量此时的位移值Xq0；
S5:调节高精度电源1通道二的输出电流为一系列值Iqi(0～Imax),在电磁线圈 411内产生一系列相应的驱动磁场强度Hqi，通过位移传感器5测量一系列的位移值Xqi；
S6:调节高精度电源1通道二的输出电流，使得位移传感器5测量的位移值不再增大，此时的电流记为Imax，在电磁线圈411内产生相应的驱动磁场强度 Hqmax，位移值记为Xqmax；
S7:通过绘制以Hqi为X轴，以Xqmax为Y轴的图形曲线，即可获得在恒定温度，偏置磁场为Hp，预紧力为F0作用下的超磁致伸缩棒材405的磁滞回线。
以上所述的技术方案仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种测量超磁致伸缩棒材磁滞回线的方法，其特征在于采用以下装置：包括高精度电源、第一导线、第二导线、驱动器、位移传感器、传感器支架、安装螺母、螺钉、计算机、数据线、数据采集卡、第三导线、第四导线、信号放大器、第五导线、第六导线、稳压电源、第七导线、第八导线、第九导线、第十导线、底板、水箱、水泵、出水管、进水管、底座、第十一导线、第十二导线、温度显示仪、第十三导线和第十四导线；
所述的高精度电源通过第一导线、第二导线、第十三导线、第十四导线与驱动器相连，负责为驱动器内电磁线圈提供电流信号；
所述的驱动器固定在底座中；
所述的底座固定在底板上；
所述的位移传感器通过安装螺母固定在传感器支架上；
所述的传感器支架通过螺钉固定在底板上，并保持位移传感器的触头与驱动器的输出杆为接触状态；
所述的稳压电源通过第七导线、第八导线与位移传感器相连，同时又通过第五导线、第六导线与信号放大器相连，负责为位移传感器和信号放大器提供电源；
所述的数据采集卡通过第三导线、第四导线与信号放大器相连，负责采集经信号放大器放大的位移信号，同时又通过数据线与计算机相连，负责传递位移信号到计算机中；
所述的信号放大器通过第九导线、第十导线与位移传感器相连，负责对位移传感器采集的信号进行放大处理；
所述的水箱、水泵、进水管与出水管组成水冷却循环系统，负责为驱动器中的超磁致伸缩棒材进行降温处理；
所述的温度显示仪通过第十一导线、第十二导线与驱动器内部的温度传感器相连，负责显示超磁致伸缩棒材的温度值；
所述的驱动器包括预紧螺钉、后端盖、后垫片、外套筒、超磁致伸缩棒材、线圈骨架、前端盖、碟簧、输出杆、前垫片、电磁线圈和温度传感器；
所述的后端盖上设有穿线槽一，方便进水管、电磁线圈导线、温度传感器导线进入；
所述的后垫片上设有穿线槽二，方便进水管和温度传感器导线进入；
所述的前垫片上设有穿线槽三，方便出水管伸出；
所述的前端盖上设有穿线槽四，方便出水管伸出；
所述的输出杆上设有穿线槽五，方便出水管伸出，端面中心部分设有螺纹孔，方便与外部负载连接，同时也方便与位移传感器接触；
包括以下步骤：
S1:设定高精度电源通道一的输出电流为Ip，在电磁线圈内产生相应的偏置磁场强度Hp，作为偏置磁场施加给超磁致伸缩棒材；
S2:将位移传感器测量的数据清零，调节预紧螺钉，观察位移传感器测量的数据X0，根据碟簧的刚度系数K，计算出预紧力F0＝K*X0；
S3:将位移传感器测量的数据清零，打开水泵，使水冷却循环系统正常工作；
S4:设定高精度电源通道二的输出电流为Iq0，在电磁线圈内产生相应的驱动磁场强度Hq0，通过位移传感器测量此时的位移值Xq0；
S5:调节高精度电源通道二的输出电流为一系列值Iqi(0～Imax),在电磁线圈内产生一系列相应的驱动磁场强度Hqi，通过位移传感器测量一系列的位移值Xqi；
S6:调节高精度电源通道二的输出电流，使得位移传感器测量的位移值不再增大，此时的电流记为Imax，在电磁线圈内产生相应的驱动磁场强度Hqmax，位移值记为Xqmax；
S7:通过绘制以Hqi为X轴，以Xqmax为Y轴的图形曲线，即可获得在恒定温度，偏置磁场为Hp，预紧力为F0作用下的超磁致伸缩棒材的磁滞回线。
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