The elektromehaaniline muundur on seade, mida kasutatakse kas elektrisignaali helilaineteks või helilaine elektrisignaaliks teisendamiseks. Need muundurid on mitmekülgsemad ja sisaldavad magnetostriktiivseid ja piesoelektrilisi seadmeid. Praegu kasutatakse võimsusega ultrahelirakendustes kahte põhilist andurit, mida kasutatakse magnetostriktiivselt ja piesoelektriliselt. A piesoelektriline muundur kasutab piesoelektrilise materjali omadust energia muundamiseks elektrilisest mehaaniliseks. Magnetostriktiivne muundur kasutab magnetostriktiivse materjali omadust energia muundamiseks mehaaniliseks energiaks magnetväljas. Siin antakse magnetväli läbi traadipooli, mis on kaetud magnetostriktiivse materjali ümber. Seega käsitleb see artikkel ülevaadet a magnetostriktiivne muundur – töö ja selle rakendused.

Mis on magnetostriktiivne muundur?

Seadet, mida kasutatakse energia muutmiseks mehaanilisest energiast magnetiliseks, nimetatakse magnetostriktiivseks muunduriks. The magnetostriktiivse anduri tööpõhimõte kasutab teatud tüüpi magnetilist materjali, mille puhul rakendatud võnkuv magnetväli pigistab aatomid materjalist, loob perioodilise muutuse materjali pikkuses ja tekitab kõrge sagedusega mehaanilist vibratsiooni. Seda tüüpi andureid kasutatakse peamiselt madalamates sagedusvahemikes ja need on ultraheli töötlemise ja ultrahelipuhastite rakendustes väga levinud.

Magnetostriktiivne muundur

Magnetostriktiivse muunduri skemaatiline diagramm

Magnetostriktiivse muunduri tööd saab kirjeldada järgmise skemaatilise diagrammi abil. See diagramm selgitab pinge suurust nullist kuni täieliku magnetiseerimiseni. See jaguneb diskreetseteks mehaanilisteks ja magnetilisteks atribuutideks, mis on määratud nende mõjuga magnetinduktsioonile ja magnetostriktiivsele südamiku pingele.

Magnetostriktiivse muunduri skeem

Esimesel juhul on joonisel c näidatud, kui materjalile magnetvälja ei rakendata, siis on ka pikkuse muutus null koos tekitatud magnetinduktsiooniga. Magnetvälja suurust (H) suurendatakse küllastuspiirini (±Hsat). See suurendab aksiaalset pinget 'esat'. Lisaks suurendatakse magnetiseerimise väärtust +Bsat väärtuseni, mis on näidatud joonisel-e, või väheneb väärtuseni -Bsat, mis on näidatud joonisel.

Kui 'Hs' väärtus on maksimumpunktis, on võimalik saavutada magnetiline induktsioon ja kõrgeim pinge küllastus. Seega, kui proovime praegusel hetkel välja väärtust suurendada, siis see ei muuda seadme magnetiseerimise väärtust ega välja. Seega, kui välja väärtus tabab küllastumist, siis deformatsiooni ja magnetilise induktsiooni väärtused suurenevad ja liiguvad keskkujundist väljapoole.

Teisel juhul, kui 'Hs' väärtus hoitakse fikseerituna ja kui me suurendame magnetostriktiivsele materjalile mõjuvat jõu suurust, tõuseb materjali sees surverõhk aksiaalse deformatsiooni ja aksiaalse magnetiseerimise väärtuste vähenemisega tagaküljele. . Joonisel c ei ole nullmagnetiseerimise tõttu saadaval ühtegi voojoont, samas kui joonisel. b & figuur. d on magnetvoo jooned palju väiksema ulatusega, mis põhinevad magnetostriktiivse draiveri magnetdomeeni joondusel. Joonisel a on voojooned, kuid nende voog on vastupidises suunas.

Joonis. f näitab voojooni, mis põhinevad rakendatud 'Hs' väljal ja magnetdomeeni paigutusel. Siin mõõdetakse toodetud voojooni Halli efekti põhimõttel. Seega on see väärtus võrdeline jõu või sisendpingega.

Magnetostriktiivsete muundurite tüübid

Magnetostriktiivseid muundureid on kahte tüüpi; spontaanne magnetostriktsioon ja väljast põhjustatud magnetostriktsioon.

Spontaanne magnetostriktsioon

Spontaanne magnetostriktsioon tekib aatomimomentide magnetilise järjestamise tõttu Curie temperatuuri all. Seda tüüpi magnetostriktsiooni kasutatakse NiFe-põhises sulamis nimega invar ja see ei näita kuumust kuni selle curie temperatuurini.

“lihtne RF saatja ja vastuvõtja ahel ”

Materjali küllastusmagnetiseerumine väheneb kuumutamisel Curie temperatuurini, kuna aatomi magnetmomentide paigutus väheneb. Kui see paigutus ja küllastusmagnetiseerimine vähenevad, väheneb ka ruumala laienemine spontaanse magnetostriktsiooni ja materjali kokkutõmbumise kaudu.

Invar-juhul on see spontaanse magnetostriktsiooni kadu tõttu kokkutõmbumine samaväärne tavaliste termilise vibratsiooni meetodite kaudu põhjustatud paisumisega ja seega näitab materjal, et mõõtmete sees ei ole muutusi. Kuid Curie temperatuuri ületamisel toimub tavaliselt soojuspaisumine ja enam ei esine magnetilist järjestust.

Väljast põhjustatud magnetostriktsioon

Välja poolt indutseeritud magnetostriktsioon tekib peamiselt rakendatud väljarakenduse magnetdomeeni paigutusest. Terfenooli materjalil on suurim kasulik magnetostriktsioon, mis on Tb, Fe ja Dy segu. Terfenooli materjali kasutatakse asendiandurite, väljaandurite, mehaaniliste ajamite ja kõlarite jaoks.

Magnetostriktiivse paigutuse (või) koormusandurid töötavad lihtsalt selle kaudu, et kui magnetostriktiivne materjal kogeb pinget, muutub materjali magnetiseerimine. Tavaliselt sisaldavad Terfenoli täiturmehhanismid Terfenooli varda, mis on paigutatud kokkusurutuna, et paigutada magnetdomeenid varda pikkusega risti. Terfenoli varda ümber kasutatakse mähist, vardale rakendatakse väli, et joondada domeenid selle pikkuse ulatuses.

Magnetostriktiivse ja piesoelektrilise muunduri erinevus

Magnetostriktiivse ja piesoelektrilise muunduri erinevus hõlmab järgmist.

Magnetostriktiivne muundur	Piesoelektriline muundur
Magnetostriktsioonimuundur on seade, mida kasutatakse energia muundamiseks mehaanilisest energiast magnetenergiaks ja vastupidi.	Piesoelektriline andur on seade, mida kasutatakse kiirenduse, rõhu, temperatuuri, jõu või deformatsiooni muutuste mõõtmiseks, muutes need elektrilaenguks.
Magnetostriktiivne muundur sisaldab suurt hulka nikkelplaate või laminaate.	Piesoelektriline muundur sisaldab ühte või kahekordset paksust piesoelektrilisest keraamilisest materjalist ketast, tavaliselt PZT (plii tsirkonaattitanaat).
Selle eesmärk on muuta magnetilise materjali mõõtmeid või kuju magnetiseerimisel.	Selle kontseptsiooniks on elektrilaengu kogunemine mehaanilise surve abil.
See andur on piesoelektrilise anduriga võrreldes vähem tundlik Maa magnetvälja toime tõttu.	See andur on tundlikum.
See muundur kasutab magnetostriktiivset materjali omadust.	See muundur kasutab piesoelektrilise materjali omadust.
Löögimuster on elliptiline.	Löögimuster on lineaarne.
Sagedusvahemik on 20 kuni 40 kHz.	Sagedusvahemik on 29 kuni 50 kHz.
Aktiivse otsa pindala on 2,3 mm kuni 3,5 mm.	Aktiivse otsa pindala on sageduse põhjal 4,3 mm.

Kuidas valida magnetostriktiivset andurit?

Magnetostriktiivse muunduri valiku saab teha alltoodud spetsifikatsioonide alusel.

See muundur peab kasutama teatud tüüpi magnetilist materjali, et see saaks suhelda ja kaugusi väga täpselt kaardistada.
Andur peab võimaldama kontakti- ja kulumisvaba mõõtmist.
Selle vahemik peab olema vahemikus 50 kuni 2500 mm.
Selle maksimaalne eraldusvõime peaks olema ligikaudu 2 µm.
Maksimaalne lineaarsus peab olema ±0,01 %.
Nihke kiirus peaks olema alla 10 m/s.
Analoogväljund on 0 kuni 10 V, 4 kuni 20 mA.
24 VDC ±20 % Toitepinge
Kaitseklass IP67
Töötemperatuur peab olema vahemikus -30...+75 °C.

Eelised ja miinused

The Magnetostriktiivse anduri eelised sisaldama järgmist.

Need muundurid on töökindlad, hooldusvabad ning vähendavad oluliselt töövigade ja masina seisakuaega
Magnetostriktiivsetel muunduritel pole kontaktosi, seega on neil pikem eluiga.
Need on fikseeritud kontaktanduritega võrreldes täpsemad.
Neil on hea tundlikkus, pikaajaline kontroll, vastupidavus, lihtne rakendamine jne.

The Magnetostriktiivse anduri puudused sisaldama järgmist.

Magnetostriktiivsed muundurid on kallid.
Magnetostriktiivsel muunduril on füüsilised suurusepiirangud, seega on see piiratud sagedusega alla 30 kHz.

Rakendused

The magnetostriktiivse muunduri rakendused sisaldama järgmist.

Magnetostriktiivset andurit kasutatakse asendi mõõtmiseks.
See muundur mängib võtmerolli mehaanilise energia muundamisel magnetenergiaks.
Varem kasutati seda seadet erinevates rakendustes, sealhulgas pöördemomendimõõturites, hüdrofonides, sonari skaneerimisseadmetes, telefonivastuvõtjates jne.
Praegu kasutatakse seda erinevate seadmete valmistamiseks, nagu suure jõuga lineaarmootorid, mürakontrollisüsteemid või aktiivne vibratsioon, meditsiiniline ja tööstuslik ultraheli, adaptiivse optika positsioneerijad, pumbad jne.
Need muundurid on peamiselt välja töötatud kirurgiliste tööriistade, keemilise töötlemise, materjali töötlemise ja allveesonari valmistamiseks.
Magnetostriktiivseid muundureid kasutatakse masinate liikuvate osade pöörlevate võllide poolt tekitatud pöördemomendi mõõtmiseks.
See andurirakendus on jagatud kaheks režiimiks; tähendab Joule'i efekti ja teine on Villari efekt. Kui magnetiline energia muudetakse mehaaniliseks, kasutatakse seda täiturmehhanismide puhul jõu tekitamiseks ja andurite puhul saab seda kasutada magnetvälja tuvastamiseks. Kui mehaanilist energiat magnetiliseks muudetakse, kasutatakse seda liikumise või jõu tuvastamiseks.

Seega on see ülevaade magnetostriktiivsest muundurist. Seda andurit nimetatakse ka magneto-elastseks muunduriks. Nendel muunduritel on äärmiselt kõrge mehaaniline sisendtakistus ja need sobivad suurte staatiliste ja dünaamiliste jõudude, kiirenduse ja rõhu mõõtmiseks. Need on konstruktsiooniliselt tugevad ja kui neid muundureid kasutatakse aktiivmuunduritena, on väljundtakistus madal. Siin on teile küsimus, mis on Magnetostriktsioon Fenomen?