基于超磁致伸缩材料发音头盔

本文从稀土超磁致伸缩材料的独特性能入手,结合国内外一些新的换能器设计理念,针对宽频水声换能器的使用特点,给出了换能器的理论设计方法,同时还给出了其结构形式。测试结果和使用性能表明,达到了预期的目的,这也是该材料在国内首次应用于单只宽频水声换能器中,开创了稀土超磁致伸缩材料应用的又一个先例。

tobearmoreloadsforheavytruckpistons,theshapeofheavytruckpistonpinholeisoftendesignedasnon-cylinderform.currentmethodscannotmeettheneedsforprecisionmachiningonnon-cylinderpistonpinhole(ncpph).anovelmechanismbasedongiantmagnetostrictivematerials(gmm)ispresented.newmodelsareestablishedfortheservomechanism,gmm,andmagnetizingforceofthecontrolsolenoidtocharacterizetherelationshipbetweenthecontrolcurrentofthesolenoidandthedisplacementofthegiantmagnetostrictiveactuator(gma).experimentsshowthatthenovelmechanismcanmeettheneedstoperformfinemachiningonncppheffectively.

稀土超磁致伸缩材料是目前材料领域中研究开发较活跃、应用领域较宽、市场前景较好的稀土功能材料之一。该材料起始于20世纪60年代,科学家发现某些稀土元素如铽(tb)、镝(dy)在低温下沿基面的磁致伸缩是传统的磁致伸缩材料的100-1000倍;70年代初人们获得室温下工作的稀土超磁

论述了超磁致伸缩作动器的基本原理,根据三种偏置磁场优缺点,选用增加单独线圈产生偏置磁场。在磁路分析的基础上,采用有限元仿真的方法,分析了不同参数和结构对各个组成部分的磁场影响。

超磁致伸缩材料能量密度高,导热性相对较好,由其制造的功率超声换能器能做成很大功率,但因为此类换能器总处在高强度高频率磁场中工作,各种损耗很严重,带来的热量非常大,而超磁致伸缩材料对外界温度又很敏感,故热分析是该类换能器设计的重要方面。该文设计了换能器及其冷却系统,以考虑涡流损失和附加损失的jile-atherton模型为基础,提取了模型参数,计算得到了换能器的损耗总量;用有限元方法计算了冷却水流场分布和换能器温度场分布;对样机进行了试验,实验与计算结果吻合良好。

介绍了超磁致伸缩材料的性能特点和利用国产超磁致伸缩材料研制的电-机械转换器,及喷嘴挡板阀的结构组成和工作原理,建立了数学模型。构建了基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力测试系统,试验研究超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀的控制压力特性,得出了最佳控制压力时不同参数间的匹配关系。结果表明,基于超磁致伸缩转换器喷嘴挡板阀,具有较宽的控制压力特性,良好的线性度,较快的响应速度,为进一步将其应用于两级电液伺服阀提供了设计和试验依据。

利用超磁致伸缩致动器(giantmagnetostrictiveactuator,gma)应变率大、响应频率高的优点和脉冲喷射装置的结构特点设计了基于gma的脉冲喷射开关阀,分别分析gma和脉冲喷射开关阀本体在动态工作条件下的系统传递函数,综合分析后建立阀的流量、喷射速度与驱动电流之间的系统方框图和传递函数。simulink的开关阀动态仿真结果显示,基于gma的脉冲喷射开关阀的工作频带宽度大于400hz,可满足大部分喷射装置的工作要求。gma位移扫频试验结果表明,该模型在低频范围内可正确反映开关阀的动态特性,高频范围内需考虑温度和磁滞的影响。

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。

通过优化设计驱动线圈和terfenol-d的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料terfenol-d为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善terfenol-d的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.

针对空间结构的动力灾变控制,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等磁控特性,设计出一种将电磁能转化为机械能的磁致伸缩作动器,并分析其工作原理和设计方法,然后通过试验对其进行输出性能测试。

超磁致伸缩驱动器具有输出振幅过小导致转换效率不高的问题,针对此问题提出了谐振式超磁致伸缩音频驱动器的理念,利用音叉的机械结构实现了超磁致伸缩驱动器振幅的放大,同时利用音叉的频响曲线去修正超磁致伸缩驱动器的频响曲线,以提升扬声器响度。研究了音叉的选择,及其中超磁致伸缩驱动器的具体设计过程,并在专业消音室对谐振式超磁致伸缩音频驱动器进行了性能测试,测试结果表明驱动器改进后超磁致伸缩扬声器在音响上有显著提升。

针对超磁致伸缩伺服阀的结构特点,研究了其参数设计规律,建立了超磁致伸缩伺服阀集中参数数学模型和动态仿真模型。通过仿真研究得出了该伺服阀主要设计参数对其动态特性的影响规律及其稳定性特点,通过对主要设计参数的优化表明,在-8db幅值稳定裕量下超磁致伸缩伺服阀幅频宽可以达到近700hz。

超磁致伸缩换能器工作的同时受到机械力场和电磁场的双重作用,特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数,必须建模研究。本文讨论了超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。

超磁致伸缩换能器工作时同时受机械力场和电磁场的双重作用,特性必然受机械结构参数和电源特性的双重影响,为寻找最佳的机械结构参数和电源特性参数,必须建模研究。讨论超磁致伸缩换能器的建模方法,为换能器的设计、研究提供借鉴。

介绍了一种新型电动机超磁致伸缩谐波电动机,它是根据谐波传动和超磁致伸缩材料电磁效应原理设计的。根据所设计的由四相超磁致伸缩驱动器构成的超磁致伸缩波发生器,通过分析其工作原理,提出了相应的控制方案,并设计了可快速响应的超磁致伸缩驱动器的驱动原理图。简要叙述了使电机实现调速、换向、精确定位等各项功能的控制系统软件设计方案。

用超磁致伸缩材料做成的换能器具有输出力大、响应速度快的特点,这就要求其驱动电源瞬间能输出较大的电流以形成强磁场。由于该换能器是处于间歇工作状态,利用电容的储能原理制成的驱动电源能满足要求,其关键的难点是储能电容的容量要与换能器线圈的参数相匹配,才能得到良好的效果。可用matlab软件,通过计算机辅助分析的方法确定储能电容的参数值。储能电容的充放电转换开关可用继电器或场效应管实现。实验表明,该电源可用小型的充电电池供电,并具有连续工作时间长,工作可靠,瞬间输出功率大,体积小、重量轻的特点,特别适合野外使用。

稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机pci总线fpga信号发射卡、igbt驱动器、igbt逆变器及电源组成。由该驱动器和稀土超磁致伸缩换能器组成震源系统,将其应用于浅层地震勘探模型试验中,取得了良好的效果。

利用超磁致伸缩材料的压磁效应开展新型非接触式扭矩测量方法的设计研究,为最终实现一种对被测轴系基本没有改动、只需贴附一层敏感材料的非接触式扭矩测量方法建立先期研究基础,进而为航空器动力轴输出扭矩的实时、在线测量提供一种有效手段。

超磁致伸缩材料以其大磁致伸缩系数、高机电耦合系数、快速响应能力、易于驱动等特点而备受关注。该材料具有强磁致伸缩正效应和磁致伸缩逆效应,在工作过程中表现出双向能量转换特性。利用磁致伸缩正效应可制作驱动装置,利用磁致伸缩逆效应可制作传感器。当超磁致伸缩材料工作在机械约束条件下,磁致伸缩正效应和逆效应会发生耦合。如果研究磁致伸缩正逆效应耦合特性,可利用正逆耦合效应开发兼具执行和传感功能的磁致伸缩器件。开发单体微位移驱动设备使之兼具执行和传感等多种用途,是微位移驱动领域理论研究与工程应用的趋势所在;并且,在精密、超精密加工领域,例如精密机械抛光加工中的压力控制,需要一种具有恒定输出力或输出力可控的驱动机构。因此,利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩正逆

超磁致伸缩驱动器具有响应快、输出应变大、机电转化效率高等优点,但因受超磁致伸缩材料内在的磁滞效应与磁-机耦合效应等因素影响,导致其输出位移存在较大滞环,大大降低了驱动器的输出位移精度,也影响了该材料及其致动器更广泛的应用。为了有效地设计和使用超磁致伸缩驱动器,需要建立准确描述其磁滞非线性的数学模型。在经典preisach模型的基础上建立了超磁致伸缩驱动器的preisach磁滞数值模型,并通过对preisach限制三角形的离散划分,依赖大量实验数据辨识了该模型的参数,并进行了超磁致伸缩驱动器磁滞输出实验研究。实验结果表明:该preisach磁滞模型能较好地描述准静态下超磁致伸缩驱动器的磁滞现象,对指导超磁致伸缩驱动器位移精度的提高具有一定意义。

为了提高稀土超磁致伸缩换能器驱动电源的效率以及实用性,采用dsp器件tms320f2812作为主控芯片,结合混合脉宽调制方法实现spwm波形。采用半桥型逆变电路实现spwm的功率放大,并对隔离驱动电路、反馈电路和滤波匹配电路进行合理而有效的设计,保证了换能器的输出效能。同时使用电流控制频率的方法实现谐振频率的自动跟踪。实验证明,该驱动电路输出频率稳定,波形失真度低,且能量转换效率较高。

设计一种超磁致伸缩喷油器,其特点为超磁致伸缩致动器直接驱动针阀。将整个系统视为单自由度线性系统,建立了系统的动力学方程,求解得到无针阀阀体撞击时的阀口开度表达式。利用初速度分析了撞击对阀口开度的影响,并分析了静止位置和频率比两个可控参数的影响。得到稳态平衡位置要略低于静止位置,才能保证针阀无激励时可靠关闭;频率比高于5时,棒伸长量的95%都用于开启阀口的结论。