Galfenol合金应用研究进展 被引量：13

1

作者 陈定方 卢全国 +2 位作者 梅杰 舒亮 刘坤 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期1370-1378,共9页

Galfenol合金是一种既有良好的机械性能又具有大磁致伸缩率的新型磁致伸缩材料。介绍了Galfenol合金的性能,分析了目前Galfenol合金各种本征非线性建模方法的特点,认为目前普遍采用磁各向同性的一维建模方法无法揭示和完整描述Galfenol... Galfenol合金是一种既有良好的机械性能又具有大磁致伸缩率的新型磁致伸缩材料。介绍了Galfenol合金的性能,分析了目前Galfenol合金各种本征非线性建模方法的特点,认为目前普遍采用磁各向同性的一维建模方法无法揭示和完整描述Galfenol的磁致伸缩行为,考虑材料磁各向异性特性的建模方法是合适和必要的;重点阐述了Galfenol合金在微驱动器、复合悬臂梁、流体传输与控制、微传感器等领域中的应用现状,认为充分发挥Galfenol合金的可加工性,将其制作成各类微动器件所需要的形状,将更具有实用性。 展开更多

关键词 galfenol合金 各向异性 本征模型 微器件

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Galfenol悬臂梁能量采集器的机电耦合动态模型 被引量：15

2

作者 曹淑瑛 桑杰 +1 位作者 郑加驹 王博文 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第21期5623-5631,共9页

依据欧拉–伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立Galfenol悬臂梁振动能量采集器的分布参数机电耦合动态模型,由该模型推导出器件的频率特性表达式。计算在加速度激励下,器件输出的电压、电流、... 依据欧拉–伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立Galfenol悬臂梁振动能量采集器的分布参数机电耦合动态模型,由该模型推导出器件的频率特性表达式。计算在加速度激励下,器件输出的电压、电流、功率和顶端相对位移,并对器件的机电双向耦合重要动力学特性,如短路和开路行为,进行深入研究。计算结果与实验结果的比较表明,该模型能提供器件在低加速度激励时的合理数据趋势,并能预测器件在多阶模态下的机电双向耦合动态特性。建立的模型对于器件的整体性能预估、设计、控制和使用具有重要的指导作用。 展开更多

关键词 galfenol 悬臂梁 振动能量采集器 分布参数 机电耦合

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利用Galfenol薄片的环境振动能量收集装置 被引量：1

3

作者 刘慧芳 刘成龙 +2 位作者 谷艳玲 赵俊杰 张靖 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第15期202-208,230,共8页

针对小功耗电子设备供电的需求,拟对生活中存在的丰富振动能量进行利用,设计一种以Galfenol材料的磁致伸缩逆效应和法拉第电磁感应的耦合特性为实现原理,以薄片状Fe-Ga合金为核心元件,对振动进行收集并转换为电能的装置。以Jiles-Ather... 针对小功耗电子设备供电的需求,拟对生活中存在的丰富振动能量进行利用,设计一种以Galfenol材料的磁致伸缩逆效应和法拉第电磁感应的耦合特性为实现原理,以薄片状Fe-Ga合金为核心元件,对振动进行收集并转换为电能的装置。以Jiles-Atherton磁化模型为基础,结合悬臂梁弯曲理论建立了振动能量收集装置的感应电压与应力及力和加速度间的数学关系模型;分析了振动薄片内部总应力与运动状态间的数学关系。实验表明该装置产生的电压幅值可达到201 mV,并且在低频段发电效果最佳。研究成果为实现小功耗电子元件的无源供电提供一种新方法。 展开更多

关键词 环境振动 能量收集 galfenol 薄片

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一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略 被引量：1

4

作者 舒亮 吴桂初 陈定方 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第23期3188-3194,共7页

提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在... 提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上,提出了一种传感器能量利用效率优化策略,采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化,分别采用二维和三维有限元方法,研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明,所提出的新型传感器结构,不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性,同时可以大幅提升传感器的能量利用效率,其提升率超过50%,同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验,试验结果验证了传感器设计方案的可行性。 展开更多

关键词 galfenol合金 交变载荷 力传感 磁通分布 能量利用率

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基于虚功原理的Galfenol悬臂梁建模与带载特性研究 被引量：1

5

作者 舒亮 吴桂初 陈定方 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第10期403-410,共8页

研究了带载条件下Galfenol驱动器的磁机耦合建模方法,利用离散型能量均分模型(Discrete energy-averaged model)对Galfenol的磁滞非线性和饱和非线性进行建模,可以同时描述合金对于磁场和应力的依赖性。采用虚功原理将能量均分模型与驱... 研究了带载条件下Galfenol驱动器的磁机耦合建模方法,利用离散型能量均分模型(Discrete energy-averaged model)对Galfenol的磁滞非线性和饱和非线性进行建模,可以同时描述合金对于磁场和应力的依赖性。采用虚功原理将能量均分模型与驱动器的结构模型进行动力学耦合,研究了带载条件下驱动器的输出特性,并对不同Galfenol覆盖比时驱动器的驱动能力进行了研究,将计算结果与稀土超磁致伸缩材料(Terfenol-D)和压电陶瓷进行了对比。研究结果表明,驱动器的带载能力随着Galfenol悬臂梁材料覆盖比的增加而增加,材料内部承受的张力也随之增大;Galfenol合金良好的机械性能可以克服负载增加时所承受的张力的变化,解决其他智能材料易产生的失效问题。 展开更多

关键词 galfenol悬臂梁 虚功原理 建模 带载

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变频率条件下Galfenol驱动器参数辨识方法研究 被引量：1

6

作者 舒亮 吴桂初 陈定方 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第17期17027-17032,共6页

利用线性压磁方程和欧拉-伯努利方程建立了基于Galfenol(Fe-Ga合金)驱动器的动力学模型,在变频率条件下,驱动磁场存在扩散效应,直接影响模型对于驱动器动态特性的预测。为解决普通梯度算法无法收敛的问题,提出了一种基于遗传算法的动力... 利用线性压磁方程和欧拉-伯努利方程建立了基于Galfenol(Fe-Ga合金)驱动器的动力学模型,在变频率条件下,驱动磁场存在扩散效应,直接影响模型对于驱动器动态特性的预测。为解决普通梯度算法无法收敛的问题,提出了一种基于遗传算法的动力学模型参数辨识方法,无需满足持续激励条件,可对变频率条件下驱动器的压磁系数和阻尼系数进行辨识。计算结果表明,辨识算法收敛性好,经过7次迭代以后即可寻找到最优值。同时进行了对比实验,结果显示驱动频率低于220Hz时模型参数变化较小,更高驱动频率时模型参数发生较大的变化。利用该方法可以在变频率条件下准确掌握驱动器结构参数的变化,为Galfenol驱动器磁路的设计与控制提供理论指导。 展开更多

关键词 galfenol驱动器 变频率 遗传算法 参数辨识

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含分流电路Galfenol声子晶体的带隙与减振性能

7

作者 曹淑瑛 王金川 +1 位作者 郑加驹 张福宝 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第2期278-283,共6页

利用Galfenol的逆磁致伸缩效应并通过分流元件调整其声子晶体带隙,以实现有效减振具有重要现实意义。基于磁致伸缩本构方程、Armstrong模型、法拉第定律、传递矩阵法和Bloch定理,推导了含分流电路的Galfenol有效弹性模量表达式,并建立... 利用Galfenol的逆磁致伸缩效应并通过分流元件调整其声子晶体带隙,以实现有效减振具有重要现实意义。基于磁致伸缩本构方程、Armstrong模型、法拉第定律、传递矩阵法和Bloch定理,推导了含分流电路的Galfenol有效弹性模量表达式,并建立其声子晶体振动模型。模型计算结果与实验结果对比表明,该模型能提供有效弹性模量随频率和分流电容变化的合理数据趋势,并能预测Galfenol参数随应力变化的非线性特性。分析了该声子晶体在开路下,其布喇格带隙(BBG)衰减常数峰值和截止频率随应力的变化规律,确定了器件减振的最佳工作点;分析了该声子晶体在不同分流电容和应力下的BBG、共振带隙(RBG)及其共振公共带隙(RCBG)特性,结果表明,较小分流电容、较大磁机耦合因子和较大电感可显著提高器件减振性能。 展开更多

关键词 galfenol声子晶体 有效弹性模量 非线性耦合 带隙 减振

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Galfenol薄片式力传感器的理论研究与设计 被引量：1

8

作者 于少鹏 王博文 董丽元 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第6期20-23,共4页

为了提高磁致伸缩传感器的性能,并解决材料的脆性问题,设计了铁镓合金(Galfenol)薄片复合非磁性基底作为敏感元件。以基于J-A模型和磁-机效应法的动态耦合模型为依据,利用感应线圈采集Galfenol磁致伸缩逆效应的力感知信号,实现外力检测... 为了提高磁致伸缩传感器的性能,并解决材料的脆性问题,设计了铁镓合金(Galfenol)薄片复合非磁性基底作为敏感元件。以基于J-A模型和磁-机效应法的动态耦合模型为依据,利用感应线圈采集Galfenol磁致伸缩逆效应的力感知信号,实现外力检测的目的。COMSOL仿真结果验证了模型描述磁化过程的有效性,传感器经信号采集系统放大后的输出电压可达60 mV以上,并与外力保持良好的线性度。 展开更多

关键词 galfenol薄片 力传感器 动态耦合模型 磁致伸缩逆效应 信号采集

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考虑附加涡流损失的Galfenol合金动态滞后建模与实验 被引量：6

9

作者 翁玲 赵青 +2 位作者 孙英 黄文美 王博文 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期399-405,共7页

在Galfenol合金能量平均静态滞后模型基础上,考虑铁磁材料在动态磁场作用下的涡流损耗和附加损耗,建立了Galfenol合金动态滞后磁化强度模型和应变模型。利用Galfenol合金磁特性测试系统进行了应变和磁场静态特性测试,测试结果与模型计... 在Galfenol合金能量平均静态滞后模型基础上,考虑铁磁材料在动态磁场作用下的涡流损耗和附加损耗,建立了Galfenol合金动态滞后磁化强度模型和应变模型。利用Galfenol合金磁特性测试系统进行了应变和磁场静态特性测试,测试结果与模型计算结果吻合较好。利用该测试系统测试了〈100〉取向多晶Fe83Ga17合金在动态磁场频率分别为1、10、20、40、60、100、200、300 Hz作用下的应变和磁场的关系。实验结果和模型计算结果对比表明,在磁场频率为200 Hz以下时,模型能准确反映应变与磁场的关系,频率为200 Hz以上时,计算结果与实验结果出现偏差。该模型能用于Galfenol合金的器件设计与应用。 展开更多

关键词 FE-GA合金 涡流损失 附加损失 滞后 磁化强度

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磁致伸缩振动能量收集器的全耦合非线性等效电路模型 被引量：10

10

作者 黄文美 刘泽群 +2 位作者 郭万里 薛天祥 翁玲 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第15期4076-4086,共11页

磁致伸缩材料具有应变大、响应速度快、稳定性好、频带宽的特点,是制作振动能量收集器的理想材料。当前磁致伸缩振动能量收集器建模主要利用线性压磁方程,此模型未能从材料自身耦合和磁路结构进行输出分析,导致输出预测误差较大。该文... 磁致伸缩材料具有应变大、响应速度快、稳定性好、频带宽的特点,是制作振动能量收集器的理想材料。当前磁致伸缩振动能量收集器建模主要利用线性压磁方程,此模型未能从材料自身耦合和磁路结构进行输出分析,导致输出预测误差较大。该文首先搭建了磁致伸缩材料磁特性测试装置,测试分析了磁致伸缩材料Galfenol合金在不同压应力尤其是大幅值应力下的磁特性;然后基于Gibbs自由能推导了Galfenol材料的全耦合非线性本构方程,进而构建了考虑漏磁、非线性、机磁耦合及饱和效应的振动能量收集器的等效电路模型,并对等效电路模型进行了非线性数学表征和参数识别;最后基于Galfenol材料设计了一个可以承受大幅值振动力的双棒型振动能量收集器样机,通过实验研究了收集器输出电压在不同力幅值、力频率、负载阻值等工况下的变化规律。实验结果与模型的计算结果对比分析表明,所建立的全耦合非线性等效电路模型可以准确预测振动能量收集器的输出电压特性。 展开更多

关键词 振动能量收集器 galfenol合金 全耦合非线性模型 等效电路 输出特性分析

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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

11

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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仿生磁致伸缩触觉传感阵列设计与输出特性 被引量：7

12

作者 刘莎莎 王博文 +2 位作者 黄文美 翁玲 高绍阳 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第12期2576-2584,共9页

受动物毛发的触觉机理启发,该文采用磁敏材料Galfenol细丝设计一种仿生磁致伸缩触觉传感单元。基于逆磁致伸缩效应、线性压磁方程和材料力学原理建立传感单元的输出特性模型,根据模型参数对传感单元进行结构优化以降低空间体积。在COMSO... 受动物毛发的触觉机理启发,该文采用磁敏材料Galfenol细丝设计一种仿生磁致伸缩触觉传感单元。基于逆磁致伸缩效应、线性压磁方程和材料力学原理建立传感单元的输出特性模型,根据模型参数对传感单元进行结构优化以降低空间体积。在COMSOL中搭建传感阵列模型,分析阵列中磁场干扰对输出结果的影响。对3×3传感阵列进行输出特性测试,并将其装载于机械手上进行抓取实验。在H=1.6kA/m的偏置磁场下,传感单元在0-3N作用力下传感阵列输出电压呈线性变化,灵敏度为14.52mV/N,响应时间为30ms;在2N作用力下传感阵列的输出电压均值为96.94mV,灵敏度为48.47mV/N。实验结果表明,研制的传感阵列具有良好的稳定性与灵敏度,应用于机械手抓取物体时能够精确感知接触力信息。 展开更多

关键词 galfenol细丝 磁致伸缩传感单元 传感阵列 触觉感知

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磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性 被引量：8

13

作者 王博文 王启龙 +4 位作者 韩建晖 万丽丽 曹淑瑛 王宁 刘华平 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期928-933,共6页

研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性,提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号,从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器... 研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性,提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号,从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器,采用双永磁体回形磁路优化了压力传感器的磁场。对传感器进行了理论分析与实验研究,讨论了偏置条件、外压力等因素对输出电压峰值的影响。实验结果表明,在偏置磁场为4.8kA/m、施加的压力为2.5Hz、6N时,传感器的输出电压峰值达16mV,且输出电压峰值与压力呈较好的线性关系。研制的传感器具有结构简单、线性度好、反应速度快等特点,可以满足机器人触觉感知的需求,也可应用于其他领域的压力测量。 展开更多

关键词 压力传感器 触觉感知 铁镓合金 磁致伸缩逆效应

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用于纹理探测的磁致伸缩触觉传感器 被引量：7

14

作者 王博文 王晓东 +3 位作者 李云开 万丽丽 郑文栋 魏佳琪 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2991-2997,共7页

为了实现对不同物体表面微观结构的检测,并判断出不同物体的粗糙度和细密度,利用铁镓合金材料(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计并制作了一种高精度和高响应的纹理探测触觉传感器。基于欧拉-伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本... 为了实现对不同物体表面微观结构的检测,并判断出不同物体的粗糙度和细密度,利用铁镓合金材料(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计并制作了一种高精度和高响应的纹理探测触觉传感器。基于欧拉-伯努利梁结构动力学理论、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律建立了纹理表面微观结构与输出电压之间的关系。实验结果表明:在粗糙度大于6.5的范围内,传感器可以精确识别物体的粗糙度;在细密度大于6的范围内,提取谐波频率的方法对细密度的识别具有较高的灵敏度;在细密度小于6的范围内,提取功率谱重心的方法对细密度的识别具有较高的灵敏度。因此,利用传感器获得的信号,通过特征值提取可以表征物体的粗糙-光滑、稀疏-细密属性。 展开更多

关键词 铁镓合金 磁致伸缩逆效应 纹理探测 粗糙度 细密度

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铁镓驱动弯曲圆盘换能器设计及振动特性研究 被引量：6

15

作者 李英明 莫喜平 +2 位作者 潘耀宗 张运强 崔斌 《应用声学》 CSCD 北大核心 2016年第6期471-479,共9页

为了研究新型磁致伸缩材料——铁镓合金(Galfenol)在换能器中应用,本文设计了一种低频弯曲圆盘换能器。借助有限元软件仿真分析换能器振动模态,对换能器结构参数进行优化设计,并研制了换能器样品。利用激光测振仪测量了换能器空气中模... 为了研究新型磁致伸缩材料——铁镓合金(Galfenol)在换能器中应用,本文设计了一种低频弯曲圆盘换能器。借助有限元软件仿真分析换能器振动模态,对换能器结构参数进行优化设计,并研制了换能器样品。利用激光测振仪测量了换能器空气中模态及不同电流驱动下振动位移,测得振动模态与仿真结果吻合,换能器空气中共振频率为913 Hz,辐射头能够产生的最大振动位移达到93μm,磁致伸缩材料达到饱和应变。结果表明:铁镓材料能够驱动弯曲圆盘换能器大振幅振动;铁镓作为磁致伸缩换能器驱动材料具有较好的应用前景。 展开更多

关键词 铁镓合金 弯曲圆盘换能器 弯曲振动 无偏磁场

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用于纹理辨识的磁致伸缩触觉传感器研究 被引量：4

16

作者 赵智忠 索峰 +1 位作者 万丽丽 王博文 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第5期16-21,共6页

纹理是物体表面微观结构的体现,为了解决机器手在工作时无法准确辨识物体表面纹理的问题,利用新型磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计了一种纹理辨识传感器。基于磁致伸缩逆效应、欧拉-伯努利梁结构动力学理论并结合传感器与纹理表面... 纹理是物体表面微观结构的体现,为了解决机器手在工作时无法准确辨识物体表面纹理的问题,利用新型磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计了一种纹理辨识传感器。基于磁致伸缩逆效应、欧拉-伯努利梁结构动力学理论并结合传感器与纹理表面的接触轨迹建立了传感器输出电压与表面纹理结构的关系。搭建实验平台对纹理样本进行测试,得到了传感器具有良好输出特性时的偏置磁场值。结果表明,传感器输出电压峰值与纹理高度、传感器输出电压信号周期与纹理间距均呈近似线性关系,能够应用输出电压峰值及输出电压信号周期辨识纹理结构。通过对传感器重复性的计算得出,传感器使用时最佳接触速度为2 cm/s。 展开更多

关键词 磁致伸缩逆效应 触觉传感器 纹理辨识 铁镓合金 接触速度

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用于轮胎胎冠裂纹检测的磁致伸缩触觉传感器研究 被引量：2

17

作者 赵智忠 沈鑫 +1 位作者 王博文 王志强 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2022年第7期11-15,共5页

针对轮胎胎冠花纹复杂,人工观测裂纹容易漏检的难题,模拟动物毛发感知机理设计了一种新型磁致伸缩触觉传感器阵列。以铁镓合金片(Galfenol)作为悬臂梁敏感元件,使用有限元软件确定悬臂梁最佳长度然后实验验证。推导传感器的输出特性模型... 针对轮胎胎冠花纹复杂,人工观测裂纹容易漏检的难题,模拟动物毛发感知机理设计了一种新型磁致伸缩触觉传感器阵列。以铁镓合金片(Galfenol)作为悬臂梁敏感元件,使用有限元软件确定悬臂梁最佳长度然后实验验证。推导传感器的输出特性模型,实验测得传感器灵敏度为170.5 mV/N。将3个传感单元集成,形成1×3传感器阵列。传感器安装在滑轨工作台上,触头在胎冠上滑动。通过MATLAB分析传感器输出的动态信号可以识别胎冠花纹中的裂纹。 展开更多

关键词 胎冠裂纹 铁镓合金片 触觉传感器 悬臂梁 动态信号

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用于纹理识别与重建的铁镓合金触须传感器阵列 被引量：1

18

作者 翁玲 罗旭 +2 位作者 齐芳芳 李卓林 刘凯乐 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期966-975,共10页

受动物触须传感机制的启发,结合铁镓合金(Galfenol)对物体表面纹理高度信息的优良感知能力,设计制作一种铁镓合金触须传感器单元,并将其集成为4×2阵列。基于力学、电磁学理论和压磁方程建立了传感器单元输出电压模型,描述了输出电... 受动物触须传感机制的启发,结合铁镓合金(Galfenol)对物体表面纹理高度信息的优良感知能力,设计制作一种铁镓合金触须传感器单元,并将其集成为4×2阵列。基于力学、电磁学理论和压磁方程建立了传感器单元输出电压模型,描述了输出电压与物体表面纹理高度的关系。实验测试了传感器单元的静态和动态特性。设计的传感器单元能够检测物体表面0.01~1.6 mm纹理高度变化,灵敏度为243.3 mV/mm,且具有较快的响应时间(26 ms)和恢复时间(25 ms)。将传感器单元与阵列装载在机械手上滑过具有不同纹理的样品表面,利用输出电压波形可识别与重建样品表面纹理。结果表明,设计的传感器阵列能够高精度地感知物体表面纹理信息,进而指导机械手调整操作策略,完善人机交互过程。 展开更多

关键词 铁镓合金 触须传感器 纹理识别 纹理重建

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考虑铁镓磁特性的换能器输出位移模型与试验

19

作者 翁玲 高杰聪 +3 位作者 黄文美 陈长江 王博文 陈盛华 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第20期93-99,207,共8页

磁致伸缩换能器的换能机制与外加驱动磁场、材料的磁致伸缩特性有不可分割的关系,换能器的输出位移取决于磁致伸缩材料的磁特性、外加磁场、变幅杆等方面。根据等效电路法和平方近似模型,结合材料磁特性和变幅杆振动方程,建立了换能器... 磁致伸缩换能器的换能机制与外加驱动磁场、材料的磁致伸缩特性有不可分割的关系,换能器的输出位移取决于磁致伸缩材料的磁特性、外加磁场、变幅杆等方面。根据等效电路法和平方近似模型,结合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,设计了一种无偏置磁场的窗式铁镓磁致伸缩换能器。对铁镓合金材料进行了静态、动态磁特性测量。搭建了试验测试系统,对换能器样机进行了试验测试,完成了模型验证。结果表明:换能器的输出位移幅值理论曲线和试验曲线基本吻合,验证了模型的准确性;在激励电流为2 A、谐振频率为12.4 kHz时,换能器的输出位移幅值为8.22μm。该研究建立的模型和所得结论对换能器的优化设计和输出特性分析具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 铁镓合金 换能器 输出位移模型 磁特性测量

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应用于机械手的磁致伸缩触觉传感器阵列与物体识别 被引量：16

20

作者 黄珊 王博文 +2 位作者 赵智忠 王亮 翁玲 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期1416-1424,共9页

利用磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计制作了触觉传感单元,并将其集成为阵列,安装在二指机械手上。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,建立触觉传感单元力测量模型。设计的传感单元测力范围为0~3N,当压力小于1.5N... 利用磁致伸缩材料铁镓合金(Galfenol)设计制作了触觉传感单元,并将其集成为阵列,安装在二指机械手上。基于电磁原理、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,建立触觉传感单元力测量模型。设计的传感单元测力范围为0~3N,当压力小于1.5N时,灵敏度为151mV/N,在1.5~3N区间,灵敏度约为109mV/N,测量较低的静态力时具有更高的灵敏度,在2~4Hz范围内对动态力具有动态响应快、灵敏度高的特点。根据机械手的测量范围,选取形状较为规则的六种饮料瓶样品进行了抓取,搭建实验系统进行数据采集与存储,测试了传感器阵列的输出特性,集成的传感器阵列能很好地辨识所选样品,对于装满水样品有更高的精度。选择合适的特征值,应用支持向量机算法,通过选择不同的特征值数量和训练集与分类集的比例,对采集的数据进行分类识别。经计算可知,选择三个特征值且训练集与分类集比例为9:1时识别率最高,为87.5%。 展开更多

关键词 铁镓合金 触觉传感器阵列 支持向量机 物体识别

在线阅读 下载PDF 职称材料