磁致伸缩换能器以其输出功率大,响应速度快等优势,在超声加工、精密控制等领域中有着广阔的发展前景。铁镓材料具备机械强度高、磁滞损耗较小、所需的饱和磁场低等优点,很适宜于用作磁致伸缩换能器的核心驱动材料,然而换能器的换能机制与铁镓合金的磁特性有不可分割的关系。因此,本文测量了铁镓合金的静态、动态磁特性,研究了铁镓磁致伸缩换能器的多场耦合特征,构建了铁镓磁致伸缩换能器的输出位移模型,并使用有限元软件模拟铁镓磁致伸缩换能器在不同频率下的磁场分布、谐振特性和输出特性,测量了换能器在不同驱动频率、不同电流下的输出特性,与换能器输出位移模型进行了对比分析。利用磁致伸缩特性测试系统测量了铁镓合金的静态磁特性,得到铁镓合金磁致伸缩系数、饱和磁场强度等重要参数。利用磁滞回线自动测试仪分别在不同磁感应强度、不同励磁磁场频率下测试了四个Fe-Ga方形环状样品的动态磁滞回线,分析了四个样品的电磁损耗、矫顽力、剩磁、振幅磁导率以及介质损耗因数等参数,为换能器输出位移模型提供了基础。结合铁镓磁致伸缩换能器的电场、磁场和固体力学场耦合特性,根据等效电路法和平方近似模型,同时考虑材料磁特性和变幅杆振动方程,建立了换能器的输出位移模型。在换能器各结构尺寸、材料参数已知的情况下,换能器的输出位移是一个关于电流和频率的函数,当材料未达到饱和状态且励磁磁场频率一定时,换能器输出位移随着电流的增大而增大;当电流一定时,换能器输出位移随着励磁磁场频率的提高先增大后减小。根据换能器的多物理场耦合模型,深入研究了铁镓磁致伸缩换能器的输出特性。解析了换能器的磁场分布情况,分析了换能器的谐振特性,当换能器工作在谐振频率12.4 k Hz时,换能器的输出加速度幅值达到最大值1280 m/s~2,换能器的输出位移幅值达到最大值8.34μm,对应换能器纵向振动的应变模态中的三阶振动模态。利用实验测试系统测量了铁镓磁致伸缩换能器的谐振特性、输出加速度和输出位移变化的规律。确定换能器的谐振频率为12.4 k Hz,随着激励电流频率的提高,换能器输出加速度幅值和输出位移幅值均先增大后减小,换能器在谐振频率时的加速度幅值为1266 m/s~2,输出位移幅值为8.22μm,并与换能器的输出位移模型计算值进行了对比,实验值比模型计算值略低,相对误差为4.6%。