时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响分析 被引量：1

1

作者 闫洪波 曹蕊 +1 位作者 汪建新 于均成 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期347-352,共6页

为研究时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响规律,扩大超磁致伸缩伸缩换能器的使用范围。通过分析换能器工作原理,建立时滞反馈控制下的系统动力学模型,采用多尺度法求解得到系统在位移、速度和加速度时滞反馈控制下的输出响应。仿真... 为研究时滞反馈对超磁致伸缩换能器输出的影响规律,扩大超磁致伸缩伸缩换能器的使用范围。通过分析换能器工作原理,建立时滞反馈控制下的系统动力学模型,采用多尺度法求解得到系统在位移、速度和加速度时滞反馈控制下的输出响应。仿真分析得知:无时滞反馈控制系统的输出呈硬式非线性特性;与无时滞反馈系统相比,位移和速度时滞反馈控制的换能器通过调整控制增益或时滞可有效降低系统的振动幅值、提高系统的稳定性;加速度时滞反馈控制下的换能器能够在不改变系统振幅的条件下改变系统的谐振频率,将加速度时滞反馈控制的换能器应用于能量回收系统中,仿真发现:调整控制增益不仅能够改变能量回收系统的有效频带范围,也可以调整系统的感应电压幅值。 展开更多

关键词 时滞反馈控制 超磁致伸缩换能器 非线性振动 输出 能量回收 仿真分析

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小型超磁致伸缩换能器放大机构设计与仿真

2

作者 闫洪波 刘怡雯 +2 位作者 马庆振 韩世发 张天辉 《机床与液压》 北大核心 2025年第8期192-196,共5页

随着电声装置逐渐向微型化方向发展,对超磁致伸缩换能器(GMA)的输出位移和形状尺寸等提出了更高要求。为此,设计一种弓张式位移放大机构,旨在增大GMA的输出位移并实现小型化设计。通过理论推导建立了弓张结构的分析模型,得到了其位移放... 随着电声装置逐渐向微型化方向发展,对超磁致伸缩换能器(GMA)的输出位移和形状尺寸等提出了更高要求。为此,设计一种弓张式位移放大机构,旨在增大GMA的输出位移并实现小型化设计。通过理论推导建立了弓张结构的分析模型,得到了其位移放大比随主支臂参数变化的规律;将仿真结果与理论结果进行比较,分析了误差来源,并确定了最佳位移放大比下的主支臂参数;最后,通过有限元仿真研究了主支臂形状变化对位移放大比的影响。结果表明:优化后的主支臂参数满足了电声换能器小型化设计要求,放大机构整体尺寸为15.8 mm(长)×8.6 mm(高)×4.0 mm(厚),位移放大比为9.87,与实际值的误差在5.2%内;可从主支臂与水平夹角来判断梯形体结构是否适用于弓张结构的主支臂形状,夹角越小,位移放大比越大,椭圆形的支臂结构有利于提高位移放大比。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 放大机构 小型化设计 ANSYS有限元仿真

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基于AFSA-eCS混合算法的超磁致伸缩换能器输出特性分析

3

作者 高兵 吴泽伟 +2 位作者 赵能桐 宁倩 杨文虎 《电工技术学报》 北大核心 2025年第2期346-357,共12页

超磁致伸缩换能器工作性能受到电-磁-机多场耦合的影响,常利用多场模型分析其非线性输出特性,而能否准确获取其多场耦合参数决定了模型的准确性,是换能器设计和优化的关键。鉴于换能器多场模型具有参数多、耦合强、参数辨识难等特点。... 超磁致伸缩换能器工作性能受到电-磁-机多场耦合的影响,常利用多场模型分析其非线性输出特性,而能否准确获取其多场耦合参数决定了模型的准确性,是换能器设计和优化的关键。鉴于换能器多场模型具有参数多、耦合强、参数辨识难等特点。该文提出基于改进人工鱼群和布谷鸟混合的超磁致伸缩换能器多场模型参数辨识方法。首先,考虑切割棒材涡流效应的影响,建立超磁致伸缩换能器电-磁-机多场耦合的综合电路模型,来实现超磁致伸缩换能器输出行为的模拟;其次,针对模型参数维度多、耦合强的问题,提出了改进的人工鱼群和布谷鸟混合算法(AFSA-eCS),该方法引入精英个体反向学习策略、动态步长和动态发现概率以强化局部精细化搜索能力;最后,基于实验平台验证了综合电路模型和AFSA-eCS的有效性。结果表明:AFSA-eCS相较于单一算法与遗传退火混合算法(GA-SA)收敛快、参数辨识精度高,基于所提算法和模型能够快速有效分析换能器不同工况下的输出特性。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 参数辨识 综合电路模型 混合算法

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超磁致伸缩换能器磁场强度建模与线圈优化分析

4

作者 闫洪波 张天辉 +2 位作者 马庆振 韩世发 刘怡雯 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期112-116,共5页

磁场强度是决定换能器性能的关键变量,为了提高超磁致伸缩换能器(GMA)的磁场强度和输出位移,本文提出了一种新型的弓张式发音振子结构,用COMSOL软件建立二维模型,得到超磁致伸缩材料(GMM)棒内部磁场分布情况。由于弓结构内部空间受限,... 磁场强度是决定换能器性能的关键变量,为了提高超磁致伸缩换能器(GMA)的磁场强度和输出位移,本文提出了一种新型的弓张式发音振子结构,用COMSOL软件建立二维模型,得到超磁致伸缩材料(GMM)棒内部磁场分布情况。由于弓结构内部空间受限,对激励线圈进行优化,讨论了导线经验模型、静态电阻和电感模型的适用性,建立了线圈的平均磁场模型,以线径为决策变量,计算了正弦响应下不同线径的振幅比和相位滞后。结果表明:该模型在计算电阻和电感时的相对误差分别小于5.3%和4.1%。在预测正弦响应时,计算振幅比的误差低于6.6%(在大多数条件下低于1.8%),计算滞后相位的误差低于3.4%。较宽的导线直径对提高磁场振幅有较大的帮助,但对磁场的相位滞后性影响很小。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 磁场强度 平均磁场模型 线圈优化

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窗型超磁致伸缩换能器的设计与试验研究

5

作者 王一凡 贺西平 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期298-304,317,共8页

该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工... 该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工作频率点处温升与时间的关系。测试了换能器样品,结果表明:测试频率为19.64 kHz,设计值为19.45 kHz;1 A激励电流的位移振幅测试值为6.1μm,计算值为6.3μm;电声效率测试值为52.58%,计算值为41.51%;试验测试1 A电流工作15 min后温度升为45.5℃,仿真计算的温度升为47.8℃。试验测试与理论计算基本吻合。 展开更多

关键词 窗型结构 超磁致伸缩换能器 等效电路 仿真计算 温升

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考虑永磁体偏置的超磁致伸缩换能器磁能损耗分析

6

作者 黄博浩 赵能桐 +2 位作者 高兵 杨明智 杨文虎 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期5409-5419,I0033,共12页

研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗... 研究超磁致伸缩材料的损耗特性是掌握换能器热特性与优化设计的关键,当超磁致伸缩棒材工作在永磁体偏置磁场中,内部磁畴状态变化使得材料的损耗特性发生改变,进而对超磁致伸缩换能器(giant magnetostrictive transducer,GMT)的磁能损耗计算产生了较大挑战。因此,提出考虑永磁体偏置的换能器磁能损耗计算方法,首先,基于超磁致伸缩材料磁化和磁畴理论,推导永磁体偏置条件下的超磁致伸缩换能器磁能损耗数学机理模型。然后,利用微元思想,建立考虑永磁体偏置及棒材轴向磁场分布不均匀影响下的换能器磁能损耗计算模型,并通过有限元方法验证了模型的有效性。最后,搭建超磁致伸缩换能器损耗特性测试平台,通过分析不同工况下换能器的磁能损耗特性,验证所提模型的准确性。实验结果表明:提出的考虑永磁体偏置影响下的损耗计算模型,在换能器励磁频率50~1050Hz、磁通密度幅值0.01~0.25T工况下,模型结果与实测数据的平均误差为2.93%,可有效分析超磁致伸缩换能器的磁能损耗。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器(GMT) 永磁体偏置 磁能损耗 模型计算 参数辨识

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计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型 被引量：19

7

作者 黄文美 王博文 +2 位作者 曹淑瑛 孙英 翁玲 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第16期132-136,共5页

文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模... 文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图,用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 动态模型 涡流效应 磁化强度 谐振频率

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考虑动态损耗的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型 被引量：30

8

作者 黄文美 薛胤龙 +2 位作者 王莉 翁玲 王博文 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第7期173-178,共6页

在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验... 在热力学理论、Jiles-Atherton模型、能量守恒定律和换能器结构动力学原理的基础上,考虑动态损耗带来的影响,建立了包含磁-机-热的耦合项的超磁致伸缩换能器的多场耦合模型。运用数值计算方法对所建立的模型进行了计算,计算结果与实验结果吻合较好,说明所建立的多场耦合动态模型能够描述驱动磁场和换能器的输出应变之间的关系,能很好地描述换能器的实际工作状态,为超磁致伸缩换能器设计研发提供理论指导。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 多场耦合模型 动态损耗 温度效应

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磁场和应力作用下的超磁致伸缩换能器的动态模型 被引量：16

9

作者 翁玲 王博文 +2 位作者 孙英 李淑英 杨庆新 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第12期17-22,共6页

在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在... 在Jiles-Atherton模型、电磁学原理和结构动力学原理的基础上,考虑动态应力和驱动磁场的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁机械耦合动态模型。该模型既可以用在把电能转换成机械能的致动器中,也可以用在把机械能转换成电能的传感器中。在致动器工作模式下,计算结果和实验结果是一致的。在传感器工作模式下,论文分析了不同偏置条件(偏置磁场和预应力)时,应力变化对超磁致伸缩传感器感应电压的影响,并进行了相关的实验研究。结果表明,实验结果和计算结果趋势一致,数值符合较好,验证了模型的正确性和实用性。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 动态模型 磁感应强度 磁化强度

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超磁致伸缩换能器磁路设计及优化 被引量：22

10

作者 李明范 项占琴 吕福在 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期192-196,共5页

为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少... 为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少GMM棒涡流损耗的设计方案,并忽略了气隙的影响.采用有限元方法仿真了不同磁路设计方案对换能器性能的影响,并进行了试验分析.结果表明,在GMM棒两端安装电工软铁能够提高工作磁场强度,减少磁通泄漏,增加换能器输出位移并降低驱动电流,改善换能器的发热情况,从而整体改善超磁致伸缩换能器的性能. 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 磁路 线圈 Terfenol—D

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Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟 被引量：20

11

作者 莫喜平 朱厚卿 +1 位作者 刘建国 崔政 《应用声学》 CSCD 北大核心 2000年第4期5-8,共4页

本文研究了利用ANSYS软件分析磁致伸缩换能器，使这一有限元分析软件能够用于TerfenolD换能器的分析设计。设计了14kHzTerfenol－D纵向技能器，计算结果与实验结果符合很好。

关键词 超磁致伸缩换能器 设计 TERFENOL-D 有限元模拟

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超磁致伸缩换能器系统动力学特性分析 被引量：4

12

作者 孙华刚 袁惠群 +1 位作者 贺威 李东 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期486-489,共4页

根据第一压磁理论建立超磁致伸缩换能器系统含有平方、立方项非线性动力学模型,利用非线性振动近似解析方法对换能器系统进行分析,揭示了换能器系统非线性特性。利用基于MAT-LAB/Simulink的系统仿真理论,建立换能器系统动态仿真模型,发... 根据第一压磁理论建立超磁致伸缩换能器系统含有平方、立方项非线性动力学模型,利用非线性振动近似解析方法对换能器系统进行分析,揭示了换能器系统非线性特性。利用基于MAT-LAB/Simulink的系统仿真理论,建立换能器系统动态仿真模型,发现换能器系统在一定参数下存在着混沌现象。通过数值模拟的方法对换能器系统做深入的理论分析,得出系统在不同参数下存在着倍周期、倒倍周期分岔等复杂非线性现象。本文的分析结果表明,超磁致伸缩材料的弹性模量、压磁系数、相对磁导率和系统阻尼系数等参数是超磁致伸缩换能器系统动力学特性的主要影响因素。 展开更多

关键词 压磁理论 超磁致伸缩换能器 动力学模型 非线性特性 动态仿真 混沌

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低频大功率超磁致伸缩换能器的热磁设计研究 被引量：3

13

作者 李明范 项占琴 吕福在 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第20期1846-1850,共5页

针对影响低频大功率超磁致伸缩(GMM)换能器性能的励磁线圈进行设计分析,对作为换能器主要热源的激励线圈设计了几种散热方案。各种方案的实验对比表明,采用适当的线圈设计参数和散热方案,能有效提高激励线圈的电磁转换效率,增加换能器... 针对影响低频大功率超磁致伸缩(GMM)换能器性能的励磁线圈进行设计分析,对作为换能器主要热源的激励线圈设计了几种散热方案。各种方案的实验对比表明,采用适当的线圈设计参数和散热方案,能有效提高激励线圈的电磁转换效率,增加换能器的最大工作电流,从而充分利用大功率换能器中GMM的潜在性能空间。 展开更多

关键词 大功率 超磁致伸缩换能器 线圈 热磁设计

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超磁致伸缩换能器驱动器设计 被引量：2

14

作者 张伟 刘铁鑫 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2007年第B08期102-105,共4页

稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机PCI总线FPGA信号发射卡、IGBT驱动器、IGBT逆变器及电源组成。由该驱动器和... 稀土超磁致伸缩换能器是一种新型的可控震源。本论文针对稀土超磁致伸缩换能器并结合浅层地震勘探的特点,研制了稀土超磁致伸缩换能器驱动器。该驱动器由计算机PCI总线FPGA信号发射卡、IGBT驱动器、IGBT逆变器及电源组成。由该驱动器和稀土超磁致伸缩换能器组成震源系统,将其应用于浅层地震勘探模型试验中,取得了良好的效果。 展开更多

关键词 稀土超磁致伸缩换能器 驱动器 浅层地震勘探 IGBT逆变器 PCI信号发射卡

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超磁致伸缩换能器几何非线性特性分析 被引量：1

15

作者 袁惠群 李东 孙华刚 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期246-249,共4页

针对超磁致伸缩材料存在的换能器碟簧非线性刚度特性,建立了具有碟簧刚度的平方和立方非线性特性的超磁致伸缩换能器复合非线性数学模型.应用多尺度法得到了超磁致伸缩换能器几何非线性振动系统响应的解析解和频响特性表达式.计算了其... 针对超磁致伸缩材料存在的换能器碟簧非线性刚度特性,建立了具有碟簧刚度的平方和立方非线性特性的超磁致伸缩换能器复合非线性数学模型.应用多尺度法得到了超磁致伸缩换能器几何非线性振动系统响应的解析解和频响特性表达式.计算了其有无切削力两种情况下的数值解和解析解,并分析比较了其数值解和解析解的时域波形,同时得出了实际磁性参数下的频响关系曲线,分析了外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对频响关系式的影响.结果表明:数值解和解析解的时域波形基本一致,满足实际要求.外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对超磁致伸缩换能器的频响特性有明显影响,并且是研究换能器非线性刚度特性必须考虑的. 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 磁电力耦合模型 几何非线性 电磁参数 频响特性

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基于超磁致伸缩换能器的CFRP板孔裂纹缺陷检测 被引量：6

16

作者 王晓煜 刘海龙 +1 位作者 高斯佳 李建 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第23期202-210,共9页

孔劈裂损伤是碳纤维增强复合材料板(Carbon Fibre Reinforced Plastics,CFRP)承接服役中的主要损伤形式。由于CFRP材料的各向异性,致使超声导波信号衰减大,多种模态波包混叠,难以实现对CFRP螺接或铆接孔劈裂损伤的定量检测。针对CFRP孔... 孔劈裂损伤是碳纤维增强复合材料板(Carbon Fibre Reinforced Plastics,CFRP)承接服役中的主要损伤形式。由于CFRP材料的各向异性,致使超声导波信号衰减大,多种模态波包混叠,难以实现对CFRP螺接或铆接孔劈裂损伤的定量检测。针对CFRP孔裂纹损伤量化,研制Galfenol换能器,作为超声导波的高能激励源,采用PZT-5作为接收端,对孔裂纹进行超声导波检测。建立换能器动力学模型,利用扫频方法结合S0模态捕捉对比确定换能器检测最优激励频率;对获取的超声导波信号采用小波分解与短时傅里叶变换(Short-time Fouruer Transform,STFT),并计算调控云图色阈值显著化S0模态与损伤模态信息,得到时频云图谱;建立CFRP板的力学模型,利用Floquet边界固有的周期性,对板单元波长布利渊区扫描获取频散曲线,在云图谱上依据频散曲线群速度计算获得裂纹损伤时域位置;依据云图谱阈值色度量化波包幅值,获取损伤程度信息。实验结果发现云图谱中裂纹损伤模态与原有模态之间具有良好的辨识度,根据获取频散曲线计算直达与反射S0模态的时间误差为2.3μs、0.6μs。 展开更多

关键词 CFRP板 超声导波 GALFENOL 孔裂纹损伤 超磁致伸缩换能器

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超磁致伸缩换能器能量回收非线性拓频仿真分析

17

作者 闫洪波 曹蕊 +2 位作者 汪建新 于均成 付鑫 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第12期42-46,共5页

为拓宽超磁致伸缩换能器能量回收装置的频带宽度,通过分析换能器工作原理,基于牛顿第二定律建立系统动力学方程,应用多尺度法求解得到幅频响应方程,仿真发现三次刚度系数的影响使换能器的输出具有一定的非线性特性。在非线性特性基础上... 为拓宽超磁致伸缩换能器能量回收装置的频带宽度,通过分析换能器工作原理,基于牛顿第二定律建立系统动力学方程,应用多尺度法求解得到幅频响应方程,仿真发现三次刚度系数的影响使换能器的输出具有一定的非线性特性。在非线性特性基础上建立能量回收理论模型,研究设计参数对能量回收频带宽度和感应电压幅值的影响得知:与线性系统相比,软式非线性系统可以使有效带宽增加40%,但感应电压峰值有所降低;硬式非线性系统可使有效带宽增加42%,同时感应电压峰值也可增加28%;预应力对能量回收效果的影响较小;系统的能量回收效果随着阻尼系数的增大而减小;线性刚度不仅能够改变系统的频带宽度和感应电压峰值,也可以调整能量回收的频带范围。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 能量回收 非线性 拓频 仿真

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超磁致伸缩换能器能量回收非线性拓频研究

18

作者 闫洪波 曹蕊 +2 位作者 汪建新 于均成 付鑫 《兵器材料科学与工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期21-26,共6页

为拓宽能量回收的有效频带范围,提高能量回收率,分析超磁致伸缩换能器工作原理,基于牛顿第二定律建立系统动力学方程,用多尺度法得到系统的幅频响应方程。结果表明:仿真发现系统的输出呈硬式非线性特性;在此基础上建立能量回收理论模型... 为拓宽能量回收的有效频带范围,提高能量回收率,分析超磁致伸缩换能器工作原理,基于牛顿第二定律建立系统动力学方程,用多尺度法得到系统的幅频响应方程。结果表明:仿真发现系统的输出呈硬式非线性特性;在此基础上建立能量回收理论模型,分析负载电阻感应电压大于0.2 V的有效频带宽度得出,与线性系统相比,非线性系统能使系统的有效带宽拓宽约54%,感应电压峰值增大约26%;为进一步调整系统的有效频带范围,为非线性系统引入加速度时滞反馈控制,仿真通过调整控制增益和时滞可调整系统有效频带范围。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 能量回收 非线性 拓频

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超磁致伸缩换能器预应力优化设计方法研究 被引量：10

19

作者 蔡万宠 冯平法 郁鼎文 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期48-52,共5页

为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅,基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理,建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念,建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅... 为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅,基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理,建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念,建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅最大为目标,提出以磁致伸缩平均灵敏度最大为准则的最佳预应力值确定方法。实验结果表明:随着预应力的增大,磁致伸缩平均灵敏度存在极大值,该预应力可在一定驱动磁场强度下获得最大的超声振幅,由此验证了磁致伸缩灵敏度模型的正确性和最佳预应力确定方法的可行性。提出的最佳预应力模型对超磁致伸缩换能器设计中预应力的选择具有指导意义,有助于大振幅超磁致伸缩换能器的设计及应用。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 预应力 磁致伸缩灵敏度 振幅

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考虑温度扰动的超磁致伸缩换能器电–磁–热–机耦合特性研究 被引量：9

20

作者 赵能桐 高兵 +1 位作者 宁倩 罗安 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第16期6116-6125,共10页

超磁致伸缩电声换能器输入输出特性受到电–磁–热–机多场耦合作用的影响,呈现复杂的非线性。现有研究更多关注材料自身耦合行为,未能考虑换能器整体结构影响,如磁回路、材料切割后涡流和温度等,难以有效反映换能器整体非线性特性。该... 超磁致伸缩电声换能器输入输出特性受到电–磁–热–机多场耦合作用的影响,呈现复杂的非线性。现有研究更多关注材料自身耦合行为,未能考虑换能器整体结构影响,如磁回路、材料切割后涡流和温度等,难以有效反映换能器整体非线性特性。该文在考虑漏磁和切割后涡流效应的基础上,建立非线性电–磁–热–机多物理场耦合下的换能器综合电路模型。该模型能够有效分析多参数耦合作用下的换能器输入–输出特性,并确定温度、偏置磁场、预应力与换能器工作性能间的映射关系;在此基础上,探究温度对换能器偏置点的扰动规律,并由此提出换能器最优输出策略;最后,搭建双端面电声换能器性能分析实验平台,以验证模型的有效性。实验结果表明:论文所提出模型能够有效追踪换能器输入–输出行为,且可在不同温度下,寻找最佳偏置点使得换能器输出性能最佳。 展开更多

关键词 超磁致伸缩换能器 电磁计算 多场耦合 非线性行为 温度扰动

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