Fe-Ga磁特性測試裝置改進(jìn)與動(dòng)態(tài)磁致伸縮實(shí)驗

王博文，謝新匯，周露露，王保發(fā)，曹曉寧，翁 玲

 

 

 

 

 

        新型磁致伸縮材料在超精密儀器及工業(yè)生產(chǎn)中的應用越來(lái)越廣。超磁致伸縮材料Terfenol -D具有磁致伸縮系數大的優(yōu)點(diǎn)，但飽和場(chǎng)高，延展性差，價(jià)格高等缺點(diǎn)限制了它的應用[<]。 Fe-Ga合金是繼傳統磁致伸縮材料和Terfenol-D稀土超磁致伸縮材料之后出現的一種新型磁致伸縮材料。 Fe-Ga合金具有飽和場(chǎng)低(5 kA/m)、 飽和磁致伸縮大(250 ppm汃磁滯小、抗拉強度高和易于加工等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器換能器振動(dòng)發(fā)電機中有廣泛應用 。

       隨后，研究人員從Fe-Ga材料的制備、 磁特性測試、Fe-Ga的應變模型和應用等方面進(jìn)行了大量的研究 。 李紀恒等[7-8] 針對材料制備及熱處理對Fe- Ga合金磁致伸縮特性的影響進(jìn)行了研究，但是只得到不同處理工藝下Fe-Ga的靜態(tài)磁致伸縮系數。 翁玲等在考慮附加渦流損失的情況下建立了Fe-Ga合金的動(dòng)態(tài)滯后模型并進(jìn)行了實(shí)驗研究。 張露予和周新志等利用Fe-Ga優(yōu)越的延展性，將Fe-Ga波導絲應用到大量程磁致伸縮位移傳感器上。 然而，國內對磁特性測試儀器的研究和設計正處千起步階段。 在磁特性測試方面，中國科學(xué)院物理研究所和河北工業(yè)大學(xué)研制的多參數磁學(xué)測試系統適合測量具有高飽合場(chǎng)材料的靜態(tài)磁致伸縮系數、增量磁導率、頻率阻抗特性等[13] 。 但該測試系統存在激勵線(xiàn)圈匝數較多且小電流控制困難的問(wèn)題，導致其在低飽合場(chǎng)下磁場(chǎng)控制精度低，數據采集點(diǎn)稀疏，無(wú)法準確測量低飽和場(chǎng)材料（如Fe-Ga、Fe-Al、Fe-Co和Fe-兇等）的磁致伸縮特性。 河北工業(yè)大學(xué)新型磁性材料與器件課題組研制的Fe-Ga磁特性測試裝置可以對低飽和場(chǎng)磁致伸縮材料的磁特性進(jìn)行測試，文獻[14]對Fe-Ga合金的靜態(tài)磁致伸縮特性和應力與應變的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗研究，但并沒(méi)有對動(dòng)態(tài)的磁致伸縮特性進(jìn)行研究，也沒(méi)有給出動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性的實(shí)驗結果。 然而，在實(shí)際應用中，Fe-Ga的動(dòng)態(tài)磁特性是影響利用Fe-Ga材料制作的磁致伸縮換能器和懸臂梁式振動(dòng)發(fā)電等裝置輸出特性的重要因素 。 實(shí)驗發(fā)現，在Fe-Ga動(dòng)態(tài)磁致伸縮測量中，激勵線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對測試樣品存在電磁力的作用，測試樣品在電磁力的作用下產(chǎn)生機械振動(dòng)，導致得到的應變曲線(xiàn)存在嚴重誤差。

       本文對上述現象進(jìn)行了分析及解釋?zhuān)υ瓬y試裝置進(jìn)行了改進(jìn)及實(shí)驗，測試了Fe-Ga樣品在無(wú)偏置和有偏置磁場(chǎng)作用下的動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性，得到了Fe-Ga的入~H曲線(xiàn)，測試結果與國內外報道結果相符[16]。本文的研究工作可用于指導基于Fe-Ga材料器件輸出特性的研究，而且對低飽和場(chǎng)材料的靜態(tài)、 動(dòng)態(tài)、施加偏置磁場(chǎng)、施加應力作用下的磁致伸縮等磁特性測試具有積極的指導意義。

2 測試原理及平臺搭建

       Fe-Ga磁特性測試系統如圖1所示，其主要由3大模塊組成，分別為磁場(chǎng)激勵模塊、樣品測量模塊、信號采集及處理模塊。其中，磁場(chǎng)激勵模塊主要用千產(chǎn)生一個(gè)頻率和幅值可調的激勵磁場(chǎng)，其包括激勵線(xiàn)圈、信號發(fā)生器、交直流電源、 功率放大器及電容補償裝置等。 樣品測量模塊是磁特性測試系統的核心部分，其主要由應變片、 線(xiàn)圈、 導磁回路、極頭、應力施加部件、永磁體及測試樣品等組成。 信號采集及處理模塊主要由動(dòng)態(tài)應變儀、 靜態(tài)應變儀、霍爾芯片、信號采集板和計算機等組成，其主要功能是： (1)采集應變片的應變信號和霍爾芯片的磁場(chǎng)信號； (2)將采集到的電信號轉換為應變值和磁場(chǎng)值； (3)數據處理及曲線(xiàn)的繪制。 為測量材料的其它磁學(xué)參數，Fe-Ga磁特性測試系統還包括壓力傳感器數字磁通計、高斯計等。

       利用TFG6920A信號發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)交流信號，再通過(guò)7101型功率放大器將其放大后，經(jīng)功率放大器的輸出端輸入激勵線(xiàn)圈，使激勵線(xiàn)圈產(chǎn)生激勵磁場(chǎng)。將Al321LUA型霍爾探頭放置在貼有BX120-3AA型應變片的測試樣品表面，用于采集激勵磁場(chǎng)。測試樣品在磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生應變，SDY2103型動(dòng)態(tài)應變儀用于采集應變片的應 變值并將應變傳輸給數據采集卡，PC機與數據采集卡連接，使用PC機上的SysDbg_32軟件繪制H~t、入~t和入~H曲線(xiàn)。

       樣品測量模塊，其主要由壓片機手輪、支架、永磁體、導磁硅鋼片、激勵線(xiàn)圈、測試樣品、極頭、壓力傳感器、液壓壓片機等組成。 樣品測量 模塊的設計決定了整個(gè)測試系統的準確性，其涉及到磁場(chǎng)的均勻性、電磁轉換效率、阻抗匹配、應 變測量、磁場(chǎng)測量、極頭與測試樣品的面積比、偏置磁場(chǎng)的施加等問(wèn)題[14] , 尤其是在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)作用下會(huì )出現振動(dòng)問(wèn)題。 當施加交變磁場(chǎng)時(shí)測試樣品 受電磁力的作用將產(chǎn)生振動(dòng)，而應變片粘在測試樣品上，樣品的振動(dòng)必然會(huì )給應變測量帶來(lái)誤差。為消除由材料磁致伸縮以外的電磁力帶來(lái)的應變測扯誤差，本文提出在支架上增加可調固定夾具。 其可以將測試樣品的底部固定在下極頭上。 為減小振動(dòng)使測試樣品與上極頭間留有空氣氣隙，同時(shí)將正弦激勵磁場(chǎng)的幅值調節至飽和磁場(chǎng)附近。

3.實(shí)驗結果與討論

3.1 Fe-Ga的靜態(tài)磁致伸縮特性

       分別采用多參數磁學(xué)測試系統和本課題組設計的Fe-Ga磁特性測試系統對長(cháng)35mm, 寬8mm, 厚1mm的片狀Fes3Ga11合金的靜態(tài)磁致伸縮特性 進(jìn)行測試，結果如圖3(彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。由圖可知多參數磁學(xué)測試系統在低場(chǎng)下的采樣點(diǎn)稀疏，在高場(chǎng)下采樣點(diǎn)較密集，其測量所得入~H 曲線(xiàn)表明：(1)入~H曲線(xiàn)為典型的＂碟形“曲線(xiàn)；(2)磁場(chǎng)由0變到11.8 kA/m時(shí)，應變由0直接達到飽和狀態(tài)，此時(shí)的飽和應變達241ppm, 當磁場(chǎng)大千11.8 kA/m后，應變基本穩定。故由此得到飽和磁場(chǎng)為11.8 kA/m。根據Fe-Ga磁特性測試系統在改進(jìn)前后所得的測試結果可知：(1)結構改進(jìn)前后的入~H曲線(xiàn)基本重合，故結構改進(jìn) 對千靜態(tài)磁致伸縮特性的測量基本無(wú)影響；(2)在Fe-Ga材料達到飽和狀態(tài)前采樣點(diǎn)數較多，在低場(chǎng)下能清晰反應磁致伸縮應變隨磁場(chǎng)的變化；(3)測試結果表明片狀Fe-Ga材料的飽和磁場(chǎng)強度為5kA/m, 飽和磁致伸縮為250ppm。對比兩臺磁特性測試裝置結果，可以得出多參數磁學(xué)測試系統在低場(chǎng)下對磁場(chǎng)的控制比較困難，尤法準確測量具有低飽和場(chǎng)材料的靜態(tài)磁致伸縮特性，而Fe-Ga磁特性測試系統在低場(chǎng)下能準確實(shí)現對磁 場(chǎng)的控制，適合測量具有低飽和場(chǎng)磁性材料的磁特性參數。

3.2 結構改進(jìn)前Fe-Ga動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性測量

       當給激勵線(xiàn)圈通頻率為1 Hz的正弦交流電時(shí)的H~t 和入~t 曲線(xiàn)如圖 4(彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。 由圖4可知磁場(chǎng)曲線(xiàn)按正弦規律變化，應變曲線(xiàn)出現倍頻現象。 當磁場(chǎng)從 0 增加到 5 kA/m 時(shí)，應變從 A 點(diǎn)的 0 ppm 迅速增加到 B 的 248 ppm。

       當磁場(chǎng)沿正弦曲線(xiàn)繼續變化到磁場(chǎng)強度大千 5 kA/m時(shí)，應變緩慢上升，應變值由B點(diǎn)緩慢變化到C點(diǎn)的283ppm。當磁場(chǎng)從5kA/m下降到 0時(shí)，應變由283ppm迅速降落到D點(diǎn)的 32 ppm。當磁場(chǎng)反向增加時(shí)，應變并未降落到 0 ppm, 而是直接由D點(diǎn)上升到E點(diǎn)的284ppm。 當反向磁場(chǎng)大千5kA/m時(shí)，應變緩慢下降到F 點(diǎn)的250ppm。當反向磁場(chǎng)從5kA/m下降到0 時(shí)，應變值又迅速從F點(diǎn)下降到G點(diǎn)的0ppm。

        磁場(chǎng)頻率為1Hz時(shí)認為是準靜態(tài)，可以在此狀態(tài)下分析Fe-Ga的靜態(tài)磁致伸縮特性。由材料的磁致伸縮特性知，樣品在大小相等方向相反的磁場(chǎng)中應變值相同，所以應變會(huì )出現倍頻現象。 實(shí)驗發(fā)現在磁場(chǎng)的正負周期內應變曲線(xiàn)并不完全重合，在一個(gè)磁場(chǎng)周期內應變值不會(huì )出現兩個(gè)零點(diǎn)，而是有一定的殘留應變值（圖4的D點(diǎn)）；實(shí)驗還發(fā)現當正向磁場(chǎng)大千飽和磁場(chǎng)5kA/m時(shí)，應變值緩慢上升，當反向磁場(chǎng)大于飽和磁場(chǎng)5kA/m 時(shí)，應變值緩慢下降，這與Fe-Ga的靜態(tài)磁致伸縮 特性不符。

       本文對上述現象進(jìn)行了深入分析。磁致伸縮材料有磁滯現象，假設D點(diǎn)的應變是由剩磁或磁滯引起的，當施加反向激勵磁場(chǎng)時(shí)，樣品內的磁場(chǎng)會(huì )降為零，即在反向磁場(chǎng)的作用下應變應降為零。 然而，圖4中的D點(diǎn)在反向磁場(chǎng)作用下應變并沒(méi)有降為零，而是直接由D點(diǎn)上升到E點(diǎn)，故可以得出D點(diǎn)的應變值并不是由于Fe-Ga材料的剩磁或者磁滯引起的。當磁場(chǎng)從okA/m反向增加到5kA/m時(shí)，應變由D點(diǎn)增大到E點(diǎn)，應變值上升了252ppm, 這與飽和磁致伸縮結果一致，這也印證了D點(diǎn)的應變值并不是由剩磁或磁滯引一起的這結論?？紤]到測試樣品在交流磁場(chǎng)作用下會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)，假設此時(shí)的應變值是由測試樣品在交變磁場(chǎng)的作用下受電磁力的影響產(chǎn)生的，根據電磁力與磁場(chǎng)大小成正相關(guān)，且電磁力方向隨磁場(chǎng)方向的改變而改變這一規律。圖4中BC段應變值在正向磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力的影響下，樣品向上振動(dòng)并產(chǎn)生拉升的額外應變，當磁場(chǎng)反向時(shí)，EF段應變值在反向磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力影響下，樣品向下振動(dòng)并產(chǎn)生壓縮的額外應變。 由千機械應變速度較慢，所以BC和EF段的應變值表現為緩慢上升，D點(diǎn)的前半周期磁場(chǎng)方向為正，所以D點(diǎn)的殘留應變是由測試樣品在正向電磁力的作用下產(chǎn)生的。當磁場(chǎng)反向時(shí)，樣品受到電磁力的方向為相反方向，在反向磁場(chǎng)的作用下消除由正向磁場(chǎng)帶來(lái)的殘留應變，應變值回到O(G點(diǎn)）。

       為驗證Fe-Ga磁特性測試裝置在測量動(dòng)態(tài)應變時(shí)出現圖4的問(wèn)題，調整線(xiàn)圈內正弦交流電的頻率。圖5(彩圖見(jiàn)期刊電子版）為線(xiàn)圈正弦交流電頻率為5Hz時(shí)的H~t和入~t曲線(xiàn)，圖中的應變曲線(xiàn)在一個(gè)磁場(chǎng)周期內出現了6個(gè)拐點(diǎn)，分別為A、B、C、D、E,F點(diǎn)，它們對應的磁場(chǎng)強度分別為0,5, 5, o, 5, 5 kA/m, 應變分別為o, 247,415,172,417,256 ppm。采用與圖4一致的方法進(jìn)行分析，應變由A點(diǎn)變化到B點(diǎn)是由磁致伸縮引起的，此時(shí)應變對磁場(chǎng)的變化率較快，當磁場(chǎng)增大到飽和磁場(chǎng)5kA/m后，BC段的應變值主要是由磁致伸縮以外的電磁力產(chǎn)生的，此時(shí)磁場(chǎng)強度為正，由振動(dòng)引起的應變與磁場(chǎng)方向一致，所 以應變緩慢增加；當磁場(chǎng)降落到5kA/m后應變迅速從C點(diǎn)降落到D點(diǎn)，CD段應變的降落主要是由于磁致伸縮引起的，與圖4一致，此時(shí)D點(diǎn)的應變不為零。當磁場(chǎng)反向增加時(shí)，應變從D點(diǎn)變化到E點(diǎn)，此時(shí)應變是由磁致伸縮引起的，應變增加了245ppm, 當反向磁場(chǎng)增大到5kA/m 后，磁致伸縮達到飽和，EF段的應變主要是由反向電磁力引起的，此時(shí)Fe-Ga的振動(dòng)方向與反向磁場(chǎng)方向一致，測試樣品做反向運動(dòng)，應變緩慢減小，當反向磁場(chǎng)下降到5kA/m后，應變由F點(diǎn)急劇下降到G點(diǎn)的0ppm, 此時(shí)應變是由Fe-Ga的磁致伸縮產(chǎn)生的。這與激勵線(xiàn)圈通頻率為1Hz 正弦交流電出現的問(wèn)題一致，由于測試樣品的振動(dòng)與磁場(chǎng)的大小和頻率有關(guān)，圖5中D出現的殘留應變達172ppm。

        激勵電流頻率分別為10、30、50、100 Hz 時(shí)的 H~t 和入 ~t 曲線(xiàn)。 由圖6 可知，應變曲線(xiàn)中磁場(chǎng)達到飽和磁場(chǎng)(5 kA/m)后應變持續增大的問(wèn)題， 圖6(a)、 Cb) 、(c)、 Cd) 中當磁場(chǎng)達到飽和磁場(chǎng)后應變分別增大了 402,610,872,951 ppm。 磁場(chǎng)大于5 kA/m 時(shí)的應變主要是由 Fe-Ga 材料在高場(chǎng)作用下受電磁力產(chǎn)生的振動(dòng)引起的額外應變。 由電磁力產(chǎn)生的機械振動(dòng)引起的應變的主要特點(diǎn)有：應變值較大、應變變化緩慢、應變方向與磁場(chǎng)方向有關(guān)、應變周期與激勵磁場(chǎng)周期一致、應變隨磁場(chǎng)頻率的增大而增大，當頻率達到 100 Hz 時(shí)，由振動(dòng)產(chǎn)生的應變達到 951 ppm。 這對動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性的測量產(chǎn)生嚴重誤差，所以必須減小由電磁力產(chǎn)生振動(dòng)對動(dòng)態(tài)磁致伸縮測量帶來(lái)的影響。

       總結可得：Fe-Ga 磁特性測試裝置測得的應變主要由兩部分組成：材料的磁致伸縮和電磁力產(chǎn)生的振動(dòng)所引起的應變。 磁致伸縮產(chǎn)生的應變主要有以下特點(diǎn)：(1)在飽和場(chǎng)以下起作用；(2)變化速度快； (3)有倍頻現象； (4) 由千 Fe-Ga 的磁滯小，所以在低頻時(shí)磁致伸縮應變值與頻率基本無(wú)關(guān)。 由電磁力產(chǎn)生的振動(dòng)引起的應變主要有以下特點(diǎn)：

(1)電磁力的大小與磁場(chǎng)大小有關(guān)，磁場(chǎng)越大電磁力越大，所以電磁力主要是在高場(chǎng)起作用；
(2)由千機械振動(dòng)的變化率較慢，所以由電磁力引起的應變變化速度較慢；
(3)電磁力引起的應變方向與磁場(chǎng)有關(guān)，表現為與磁場(chǎng)同頻；
(4)機械振動(dòng)與頻率有關(guān)，所以由電磁力引起的應變不僅與所施加磁場(chǎng)的數值和方向有關(guān)，而且與激勵磁場(chǎng)的頻率有關(guān)。
3.3 結構改進(jìn)后Fe-Ga動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性測量

        為降低由電磁力產(chǎn)生振動(dòng)對動(dòng)態(tài)磁致伸縮測 量帶來(lái)的影響，在圖2樣品測量模塊上用可調固定夾具將測試樣品的底部固定在下極頭上，測試樣品上部與上極頭留有空氣氣隙。根據電磁力與磁場(chǎng)強度正相關(guān)這 規律，實(shí)驗中通過(guò)調節功率放大器的旋鈕調節激勵源的電壓，進(jìn)而將激勵磁場(chǎng)調節在飽和場(chǎng)附近。

        給改進(jìn)后Fe-Ga磁特性測試裝置的激勵線(xiàn)圈通頻率為5 Hz正弦交流電所得測量結果如圖7所示。由圖7(a)H ~t和入~t曲線(xiàn)可知：磁場(chǎng)按正弦曲線(xiàn)變化，應變出現倍頻，當磁場(chǎng)從0增加到5kA/m時(shí)，應變迅速從A點(diǎn)的0ppm變化到B點(diǎn)的252ppm, 磁場(chǎng)按正弦規律繼續變化，當磁場(chǎng)強度大千 5 kA/m時(shí)應變由B點(diǎn)變化到C點(diǎn)，應變值基本保持不變，當磁場(chǎng)從 5 kA/m開(kāi)始下降時(shí)，應變由C點(diǎn)的260ppm迅速 降落到D點(diǎn)的0 ppm, 在磁場(chǎng)的正半周期與負半周期實(shí)驗結果一致。

實(shí)驗結果主要區別在千：
(1)結構改進(jìn)后當磁場(chǎng)大于5 kA/m后由機械振動(dòng)產(chǎn)生的應變明顯減小，說(shuō)明結構改進(jìn)后能有效消除電磁力產(chǎn)生的機械振動(dòng)；
(2)當磁場(chǎng) 降為零時(shí)，應變也降為零， D點(diǎn)不再產(chǎn)生殘留應變。
       動(dòng)態(tài)應變值不僅與外加磁場(chǎng)的瞬時(shí)值有關(guān)，而且和它過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，這是由Fe-Ga材料本身的磁滯產(chǎn)生的。

        線(xiàn)圈通頻率為10,50,100,200,500Hz正弦交流電的H~t 和入~t曲線(xiàn)，圖8(b)、Cd)、(£)、Ch)、(j)分別為對應頻率下的入~H曲線(xiàn)。由圖可知：在不同磁場(chǎng)頻率下未出現圖6中的由于振動(dòng)帶來(lái)的額外應變。說(shuō)明結構改進(jìn)后能有效消除由電磁力產(chǎn)生振動(dòng)帶來(lái)的應變。隨磁場(chǎng)頻率的增大，應變會(huì )出現延遲現象，當磁場(chǎng)為0時(shí)，應變并不為o,繼續加反向磁場(chǎng)時(shí)應變才會(huì )降為0。由入~H曲線(xiàn)知，隨磁場(chǎng)頻率的增大入~H曲線(xiàn)的環(huán)增大，磁場(chǎng)為0時(shí)的交點(diǎn)隨頻率的增大而提高。當磁場(chǎng)頻率為500 Hz時(shí)，應變與磁場(chǎng)同頻，應變不再出現倍頻現象，此時(shí)輸出的最大應變值為380ppm, 入~H 曲線(xiàn)類(lèi)似圓形。結構改進(jìn)后Fe-Ga合金磁特性測試系統能有效消除電磁力產(chǎn)生的額外應變。根據測量結果可得：
(1)在共振頻率以下動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)伸縮的最大應變比靜態(tài)磁致伸縮系數略小，且隨激勵磁場(chǎng)頻率的增大，最大應變減??；
(2)隨著(zhù)磁場(chǎng)頻率的增大，應變 對磁場(chǎng)的延遲角度也增大，入~H曲線(xiàn)的面積越來(lái)越大；(3 )當激勵磁場(chǎng)的頻率為500 Hz時(shí)，應變與磁場(chǎng)同頻，入~H 曲線(xiàn)類(lèi)似為圓形。

       結構改進(jìn)前激勵電流頻率在10 Hz 以上會(huì )產(chǎn)生明顯的振動(dòng)，當激勵電流頻率為100 Hz時(shí)由線(xiàn)圈電磁力而產(chǎn)生的振動(dòng)帶來(lái)的附加應變達951 ppm, 此值是靜態(tài)磁場(chǎng)下飽和應變 250 ppm 的3.8 倍，所得測量結果存在嚴重誤差。 測試結構改進(jìn)后激勵電流頻率為100 Hz時(shí)所得最大應變?yōu)?90 ppm, 其應變曲線(xiàn)并沒(méi)有出現圖 5中類(lèi)似B點(diǎn)的轉折點(diǎn)，故可以認為此時(shí)測量結果是可信的。 此時(shí)的應變較靜態(tài)磁場(chǎng)下的飽和應變有所減小可能是由于材料本身的 磁滯產(chǎn)生的。

       為驗證結構改進(jìn)后的 Fe-Ga 磁特性裝置能準確測量具有低飽和場(chǎng)樣品的動(dòng)態(tài)磁特性，選取Fess A壓作為被測樣品，其 飽和磁場(chǎng)強度為 4 kA/m, 飽和磁致伸縮為34 ppm。 當激勵電流頻率為25 Hz時(shí)的動(dòng)態(tài)磁特性如圖9所示。 由圖9可知，FessAlis的應變改變落后千磁場(chǎng)變化，測量結果與國內外的報道一致，故結構改進(jìn)后在動(dòng)態(tài)磁特性測試實(shí)驗中能有效消除由電磁力產(chǎn)生振動(dòng)帶來(lái)的應變。

       偏置磁場(chǎng)強度為2. 7 kA/m時(shí)，應變相對于激勵磁場(chǎng)的延遲角與激勵磁場(chǎng)頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。 由圖11可知延遲角隨激勵磁場(chǎng)頻率的增大而增大，在低頻時(shí)頻率對延遲角較為敏感，當頻率達 50 Hz后延遲角隨激勵磁場(chǎng)頻率的變化較為緩慢。 Fe-Ga 材料的應變變化落后于磁場(chǎng)變化是由于材料本身的磁滯引起的。 因為外部的激勵磁場(chǎng)與材料內部的有效磁場(chǎng)存在延遲性，可能會(huì )使材料內部的磁場(chǎng)轉動(dòng)跟不上外部磁場(chǎng)的變化，當磁場(chǎng)頻率增大時(shí)這種延遲會(huì )更明顯。

4結論

        采用 Fe-Ga 磁特性測試裝置進(jìn)行動(dòng)態(tài)磁致伸縮測量時(shí)會(huì )出現應變偏大現象，對此現象進(jìn)行了解釋并進(jìn)行了實(shí)驗驗證。 本文在 Fe-Ga 磁特性測試裝置的基礎上通過(guò)將測試樣品的底部固定在極頭上并將激勵磁場(chǎng)調節在飽和磁場(chǎng)附近，通過(guò)實(shí)驗驗證了結構改進(jìn)后能有效消除機械振動(dòng)對動(dòng)態(tài)磁致伸縮特性測試帶來(lái)的影響，基千測量結果得到：
(1) 在共振頻率以下，Fe-Ga 的動(dòng)態(tài)最大應變比靜態(tài)飽和應變略小，且最大應變隨磁場(chǎng)頻率的增大而減??；
(2)磁場(chǎng)頻率的增大，應變對磁場(chǎng)的延遲角度增大，入 ~H 曲線(xiàn)環(huán)的面積越大；
(3)當磁場(chǎng)頻率達 500 Hz時(shí)，應變與磁場(chǎng)同頻，入~H曲線(xiàn)近似為圓形。 實(shí)驗還測試了 Fe-Ga 材料在2. 7 kA/m偏置磁場(chǎng)作用下的磁致伸縮特性，結果表明在偏置磁場(chǎng)作用下應變與磁場(chǎng)同頻，但應變落后磁場(chǎng)，延遲角隨頻率的增大而增大，入~H曲線(xiàn)為橢圓形曲線(xiàn)，橢圓環(huán)的面積隨頻率的增大而增大。

 

 

 

 

 

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