基于MSMA传感器的数学模型和实验研究

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磁控形状记忆合金(MSMA)是一种在应力和磁场作用下可以产生马氏体重新定向的智能材料,其具有优异的性能,应用领域十分广泛。本文主要开展MSMA传感器数学建模、感应电压信号处理和实验研究等工作,研究内容如下:本文首先对MSMA的特性进行详细介绍,从MSMA材料的微观角度研究其变形机理。采用等效磁路法,得到MSMA传感器的磁路模型,结合MSMA元件的应力-应变关系,推导出MSMA传感器的感应电压模型。利用PSO算法和改进的PSO算法分别对模型中存在的未知参数进行参数辨识。在输入参数相同的情况下,将基本粒子群算法识别模型的计算值、改进PSO算法识别模型的计算值和实验结果对比,算法改进后,提高了模型精度,验证了改进PSO算法的可行性。采用小波阈值去噪方法处理MSMA传感器的感应电压信号,从频谱分析的结果可以看出,该方法能有效减少感应电压信号中的干扰信号,可用于传感器输出感应电压信号的处理。搭建传感器的实验测试平台。采用ANSYS软件对传感器聚磁头之间的气隙处进行有限元分析,仿真结果表明,气隙从减小后,气隙磁密增大。通过实验来验证传感器气隙尺寸改变对传感器性能的影响,当气隙尺寸变小后,传感器输出的电压比气隙尺寸未变时增大,验证了设计的合理性。在传感器采用新型MSMA元件后,由观测到的感应电压波形可知,感应电压值比优化前增大,提升了传感器性能。利用实验数据分析不同输入参数(激振力频率、幅值、磁场)与输出感应电压之间的关系,并将模型值与实验值对比,对比结果吻合,进一步验证了识别模型的准确性。
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