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磁致伸缩材料作为一种高新技术材料,具有磁致伸缩应变量大、磁机转化效率高、响应速度快等性能优点,正因为这些优点,磁致伸缩材料制成弹性敏感元件,用于传感器技术,是传感器技术研究的热门。本文选择“超磁致伸缩力传感器的设计及实验研究”这个课题,有一定科学与实践的研究意义,该传感器的研究成功进行性能测试,能够对Terfenol-D棒作为敏感元件应用于传感器技术,得到大大的推广,能够对传感器的研究开发提供理论与实验等技术支持。 本文首先介绍了磁致伸缩材料及其主要性能,从不同工作原理和使用敏感元件不同综述了几类常见的力传感器,分析其优缺点,介绍了磁致伸缩材料在传感器应用中的国内外进展。本文的选题有一定的科学研究价值,描述了课题研究的主要内容。 然后从磁畴角度分析磁场和应力对Terfenol-D棒形变量的影响,建立数学模型描述了磁场和应力对Terfenol-D棒应变、杨氏模量的影响。针对数学模型通过实验验证,将计算结果与实验结果进行对比,证明了模型可行。 对传感器进行整体设计,包括弹簧的选择、惠更斯电桥的桥路设计、弹性敏感元件的设计、偏置磁场的选择、机械传导装置的设计等,传感器的工作偏置磁场为一固定值,利用电磁场有限元分析传感器的工作磁场,使传感器工作在最佳状态。 计算了输出电压与输入力之间的关系,实验测试了传感器的输出性能,验证了传感器数学模型与实验结果相吻合。由实验结果研究了传感器在工作条件下的灵敏度、重复性、线性度、迟滞等静态性能。