[发明专利]磁致伸缩材料的磁特性测试装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于磁致伸缩材料的磁特性测试技术领域，尤其是一种偏置应力连续可调的磁致伸缩材料的磁特性测试装置及检测方法。

背景技术

磁致伸缩材料是一类具有磁致伸缩特性的材料，工程上利用这一特性可以将电能转换成机械能或将机械能转换成电能。其工作特性为：在交变磁场的作用下，材料产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者，在拉伸或者压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。

磁致伸缩材料根据成分可分为金属磁致伸缩材料和铁氧体磁致伸缩材料，目前在精密驱动和传感领域，研究较多的为超磁致伸缩材料(简称GMM，牌号Terfenol-D)、铁镓合金(Fe-Ga合金，牌号Galfenol)和磁致伸缩形状记忆合金等。磁致伸缩材料的磁特性是其在精密驱动和传感领域应用中的关键，所有相关工程应用产品的开发，均是围绕材料磁特性的设计与应用而展开的。

由于磁致伸缩材料磁特性特征十分复杂，涉及机械与磁场的耦合，在不同的偏置应力条件下，材料磁特性表现出不同的非线性特征。为了能够掌握材料在不同应力作用下的磁特性曲线，了解材料应变、磁感应强度在外加磁场和偏置应力下的连续变化关系，设计一种偏置应力连续可调的磁致伸缩材料磁特性测试装置和方法，对于研究磁致伸缩材料的特性和工程应用十分重要。

发明内容

目的一：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种磁致伸缩材料的磁特性测试装置,该装置具有偏置应力连续可调的优点，可以测得磁致伸缩材料在不同偏置应力的作用下的磁特性性能。

为了实现上述目的一，本发明采用的技术方案是：一种磁致伸缩材料的磁特性测试装置，其特征在于，包括：

驱动线圈组件，通电后可产生驱动磁场，

磁致伸缩元件，在所述驱动磁场下发生伸缩，

应力施加组件，用于提供给磁致伸缩元件数值可调的偏置应力，

检测装置，用于检测磁致伸缩元件变形量、偏置应力大小、磁致伸缩元件表面产生的磁场强度，

支架，用于承托应力施加组件、检测装置以及磁致伸缩元件；

磁致伸缩元件位于驱动线圈组件中，且在偏置应力作用下沿着支架发生轴向磁致伸缩应变。

上述结构中，通过调节应力施加组件给磁致伸缩元件施加不同的偏置应力，并通过驱动线圈产生交变磁场使得位于该交变磁场中的磁致伸缩元件发生伸缩应变，通过检测组件分别测得磁致伸缩远的变形量、以及偏置应力的大小和磁致伸缩元件表面产生的磁场强度，从而测得磁致伸缩材料的磁特性曲线，其中包括B-H曲线（棒的磁感应强度与施加磁场之间的曲线）、M-H曲线（磁化强度与施加磁场之间的曲线）、S-H曲线（棒的应变与施加磁场之间的曲线）等。

作为本发明的进一步设置，所述驱动线圈组件包括线圈骨架，线圈骨架设有中心孔，所述磁致伸缩元件外表面绕设拾取线圈后置于线圈骨架的中心孔中，所述线圈骨架外表面绕设有激励线圈。

上述结构中，磁致伸缩元件呈棒状结构安装在线圈骨架中，使其位于激励线圈通电后产生的交变磁场中。

作为本发明的进一步设置，所述驱动线圈组件还包括导磁体外壳，导磁体外壳一侧呈开口设置，线圈骨架绕设激励线圈后置于所述导磁体外壳中，导磁体外壳与磁致伸缩元件形成一个封闭的磁回路。

上述结构中，当驱动线圈通电，在四周产生外加磁场，导磁体外壳的设置可使更多的外加磁场经过磁致伸缩元件。

作为本发明的进一步设置，所述检测装置包括用于检测磁致伸缩元件变形量的应变片、检测偏置应力大小的上下称重传感器、检测磁致伸缩元件表面产生的磁场强度的霍尔芯片，所述应变片设置在磁致伸缩元件的表面，所述上下称重传感器分别位于所述磁致伸缩元件的两端，上称重传感器相对与磁致伸缩元件驱动连接的另一端连接在支架上，下称重传感器相对与磁致伸缩元件驱动连接的另一端与所述应力施加组件联动连接，所述霍尔芯片位于线圈组件与磁致伸缩元件之间。

上述结构中，粘贴在磁致伸缩元件表面的应变片可以测得磁致伸缩元件的变形量，上下称重传感器则可以测得应力施加组件所施加的偏置应力大小，霍尔芯片则能测得磁致伸缩元件表面产生的磁场强度。

作为本发明的进一步设置，所述检测装置还包括用于检测磁致伸缩元件两端的静态磁感应强度的上下霍尔传感器。