Det elektromekanisk transducer er en enhed, der bruges til at konvertere enten et elektrisk signal til lydbølger eller en lydbølge til et elektrisk signal. Disse transducere er mere alsidige og indeholder magnetostriktive og piezoelektriske enheder. På nuværende tidspunkt til kraft-ultralydsapplikationer er der to grundlæggende transducerdesigns, der anvendes magnetostriktive og piezoelektriske. EN piezoelektrisk transducer bruger egenskaben af et piezoelektrisk materiale til at konvertere energi fra elektrisk til mekanisk. En magnetostriktiv transducer bruger egenskaben af et magnetostriktivt materiale til at omdanne energi til mekanisk energi inden for et magnetfelt. Her tilføres magnetfeltet gennem en trådspole, som er dækket rundt om det magnetostriktive materiale. Så denne artikel diskuterer en oversigt over en magnetostriktiv transducer – arbejde og dets applikationer.

Hvad er magnetostriktiv transducer?

En enhed, der bruges til at ændre energien fra mekanisk til magnetisk energi, er kendt som en magnetostriktiv transducer. Det magnetostriktiv transducer arbejdsprincip bruger en type magnetisk materiale, hvor et påført oscillerende magnetfelt vil klemme atomer af materialet, skaber en periodisk ændring i materialets længde og frembringer en mekanisk vibration med høj frekvens. Disse typer transducere bruges hovedsageligt i de lavere frekvensområder, og disse er meget almindelige i ultralydsbearbejdning og ultralydsrensere.

Magnetostriktiv transducer

Magnetostriktiv transducer skematisk diagram

Funktionen af en magnetostriktiv transducer kan beskrives ved at bruge følgende skematiske diagram. Dette diagram forklarer belastningsmængden produceret fra nul til fuldstændig magnetisering. Dette er opdelt i diskrete mekaniske og magnetiske attributter, der er indstillet i deres effekt på den magnetiske induktion og magnetostriktive kernebelastning.

Magnetostriktiv transducer skematisk

I det første tilfælde viser figur c, når magnetfeltet ikke påføres materialet, så er længdeændringen også nul med den producerede magnetiske induktion. Magnetfeltmængden (H) øges til dens mætningsgrænser (±Hsat). Dette øger den aksiale belastning til 'esat'. Derudover vil magnetiseringsværdien øges til +Bsat-værdien vist i figur-e eller reduceres til –Bsat vist i figuren.

Når 'Hs'-værdien er på sit maksimale punkt, kan den magnetiske induktion og højeste belastningsmætning opnås. Så på dette tidspunkt, hvis vi forsøger at øge feltværdien, vil det ikke ændre enhedens magnetiseringsværdi eller felt. Så når feltværdien rammer mætning, vil belastnings- og magnetiske induktionsværdier stige og bevæge sig fra den centrale figur udad.

I det andet tilfælde, når 'Hs'-værdien holdes fast, og hvis vi hæver mængden af kraft på det magnetostriktive materiale, vil tryktrykket i materialet stige til bagsiden med et fald i den aksiale spænding og aksiale magnetiseringsværdier . I figur-c er der ingen fluxlinjer tilgængelige på grund af nulmagnetisering, hvorimod i figur. b & figur. d har magnetiske fluxlinjer af en meget mindre størrelse baseret på den magnetiske domænejustering i den magnetostriktive driver. Figur-a har fluxlinjer, men deres flow vil være i den modsatte retning.

“hvordan virker en reostat ”

Figur. f viser fluxlinjerne baseret på det anvendte 'Hs'-felt og det magnetiske domænearrangement. Her måles de producerede fluxlinjer med Hall Effect princippet. Så denne værdi vil være proportional med kraften eller input-belastningen.

Typer af magnetostriktiv transducer

Der er to typer magnetostriktive transducere; spontan magnetostriktion og feltinduceret magnetostriktion.

Spontan magnetostriktion

Spontan magnetostriktion opstår fra den magnetiske rækkefølge af atomare momenter under Curie-temperaturen. Denne type magnetostriktion bruges i den NiFe-baserede legering kaldet invar, og den viser nul termisk stigning op til dens curie-temperatur.

Materialets mætningsmagnetisering falder ved opvarmning til Curie-temperaturen på grund af et fald i mængden af arrangement af de atomare magnetiske momenter. Når dette arrangement og mætningsmagnetiseringen reduceres, falder udvidelsen af volumen også gennem den spontane magnetostriktion og materialet trækker sig sammen.

I invar-tilfældet svarer denne sammentrækning på grund af spontant magnetostriktionstab til udvidelsen forårsaget af sædvanlige termiske vibrationsmetoder, og derfor vil materialet vise, at der ikke er nogen ændring inden for dimensioner. Men over Curie-temperaturen sker der normalt termisk ekspansion, og der er ikke længere nogen magnetisk orden.

Feltinduceret magnetostriktion

Feltinduceret magnetostriktion forekommer hovedsageligt fra det magnetiske domænearrangement på en anvendt feltapplikation. Terfenol-materialet viser den største nyttige magnetostriktion, som er blandingen af Tb, Fe og Dy. Terfenol-materiale bruges til positionssensorer, feltsensorer, mekaniske aktuatorer og højttalere.

Magnetostriktiv arrangement (eller) belastningssensorer fungerer simpelthen gennem det faktum, at når et magnetostriktivt materiale oplever en belastning, vil materialets magnetisering ændre sig. Normalt inkluderer Terfenol-aktuatorer en Terfenol-stang, der er arrangeret under kompression for at arrangere de magnetiske domæner til stanglængden vinkelret. En spole bruges rundt om Terfenol-stangen, et felt påføres stangen for at opstille domænerne gennem dens længde.

Forskellen mellem magnetostriktiv og piezoelektrisk transducer

Forskellen mellem en magnetostriktiv og piezoelektrisk transducer omfatter følgende.

Magnetostriktiv transducer	Piezoelektrisk transducer
En magnetostriktionstransducer er en enhed, der bruges til at konvertere energi fra mekanisk til magnetisk energi og omvendt.	En piezoelektrisk sensor er en enhed, der bruges til at måle ændringer inden for acceleration, tryk, temperatur, kraft eller belastning ved at ændre dem til en elektrisk ladning.
Den magnetostriktive transducer omfatter et stort antal nikkelplader eller lamineringer.	Den piezoelektriske transducer inkluderer en enkelt eller dobbelt tyk piezoelektrisk keramisk materialeskive, normalt PZT (Lead Zirconate Titanate).
Konceptet med dette er at ændre dimensionen eller formen af et magnetisk materiale ved magnetisering.	Konceptet med dette er elektrisk ladningsakkumulering ved at påføre mekanisk tryk.
Denne transducer er mindre følsom sammenlignet med den piezoelektriske transducer på grund af jordens magnetiske feltvirkning.	Denne transducer er mere følsom.
Denne transducer bruger den magnetostriktive materialeegenskab.	Denne transducer bruger den piezoelektriske materialeegenskab.
Strøgmønsteret er elliptisk.	Strøgmønsteret er lineært.
Frekvensområdet er 20 til 40 kHz.	Frekvensområdet er 29 til 50 kHz.
Det aktive spidsområde er 2,3 mm til 3,5 mm.	Det aktive spidsområde er 4,3 mm baseret på frekvens.

Hvordan vælger man en magnetostriktiv transducer?

Valget af en magnetostriktiv transducer kan foretages ud fra nedenstående specifikationer.

Denne transducer skal bruge en type magnetisk materiale, så den kan interagere og kan kortlægge afstande meget nøjagtigt.
Transduceren skal tillade kontaktfri og slidfri målinger.
Dens rækkevidde skal være fra 50 til 2500 mm.
Dens maksimale opløsning bør være ca. 2 µm.
Maksimal linearitet skal være ±0,01 %.
Forskydningshastigheden skal være mindre end 10 m/s.
Analog udgang er 0 til 10 V, 4 til 20 mA.
24 VDC ±20 % Spændingsforsyning
IP67 Beskyttelsesklasse
Driftstemperaturen skal ligge fra -30..+75 °C.

Fordele og ulemper

Det fordelene ved en magnetostriktiv transducer omfatte følgende.

Disse transducere er pålidelige, vedligeholdelsesfrie og reducerer risikoen for driftsfejl og maskinnedetid markant
Magnetostriktive transducere har ikke kontaktdele, så de har en længere levetid.
Disse er mere nøjagtige sammenlignet med transducere med fast kontakt.
De har god følsomhed, lang rækkevidde inspektion, holdbarhed, nem implementering mv.

Det ulemper ved en magnetostriktiv transducer omfatte følgende.

Magnetostriktive transducere er dyre.
Den magnetostriktive transducer har fysiske størrelsesbegrænsninger, så den er begrænset til at fungere ved ca. 30 kHz frekvenser.

Ansøgninger

Det anvendelser af en magnetostriktiv transducer omfatte følgende.

Den magnetostriktive transducer bruges til positionsmåling.
Denne transducer spiller en nøglerolle i at konvertere mekanisk energi til magnetisk energi.
Tidligere blev denne enhed brugt i forskellige applikationer, som inkluderer drejningsmomentmålere, hydrofoner, sonarscanningsenheder, telefonmodtagere osv.
På nuværende tidspunkt bruges det til at lave forskellige enheder som lineære højkraftsmotorer, støjkontrolsystemer eller aktive vibrationer, medicinsk og industriel ultralyd, positioneringsanordninger til adaptiv optik, pumper osv.
Disse transducere er hovedsageligt udviklet til at lave kirurgiske værktøjer, kemisk behandling, materialebearbejdning og undervands-ekkolod.
De magnetostriktive transducere bruges til at måle drejningsmoment udviklet af roterende aksler i de bevægelige dele af maskiner.
Denne transducerapplikation er opdelt i to tilstande; antyder Joule-effekten, og den anden er Villari-effekten. Når energien fra magnetisk til mekanisk omdannes, bruges den til at producere kraft i tilfælde af aktuatorer og kan bruges til at detektere et magnetisk felt i tilfælde af sensorer. Hvis energien fra mekanisk til magnetisk ændres, bruges den til at detektere bevægelse eller kraft.

Dette er således en oversigt over den magnetostriktive transducer. Denne transducer kaldes også en magneto-elastisk transducer. Disse transducere har ekstrem høj mekanisk indgangsimpedans og er velegnede til måling af store statiske og dynamiske kræfter, acceleration og tryk. De er stærke i konstruktionsmæssige egenskaber, og når disse transducere bruges som aktive transducere, vil udgangsimpedansen være lav. Her er et spørgsmål til dig, hvad er Magnetostriktion Fænomen?