De elektromechanische omvormer is een apparaat dat wordt gebruikt om een elektrisch signaal om te zetten in geluidsgolven of een geluidsgolf in een elektrisch signaal. Deze transducers zijn veelzijdiger en bevatten magnetostrictieve en piëzo-elektrische apparaten. Momenteel zijn er voor krachtige ultrasone toepassingen twee basistransducerontwerpen die magnetostrictief en piëzo-elektrisch worden gebruikt. A piëzo-elektrische transducer gebruikt de eigenschap van een piëzo-elektrisch materiaal voor het omzetten van energie van elektrisch naar mechanisch. Een magnetostrictieve transducer gebruikt de eigenschap van een magnetostrictief materiaal voor het omzetten van energie in mechanische energie binnen een magnetisch veld. Hier wordt het magnetische veld geleverd door een draadspiraal die is bedekt rond het magnetostrictieve materiaal. Dus dit artikel bespreekt een overzicht van a magnetostrictieve transducer – werken & zijn toepassingen.

Wat is een magnetostrictieve transducer?

Een apparaat dat wordt gebruikt om de energie van mechanische naar magnetische energie te veranderen, staat bekend als een magnetostrictieve transducer. De werkingsprincipe van de magnetostrictieve transducer maakt gebruik van een soort magnetisch materiaal waarbij een aangebracht oscillerend magnetisch veld de atomen van het materiaal, creëert een periodieke verandering binnen de materiaallengte en produceert een mechanische trilling met hoge frequentie. Dit soort transducers worden voornamelijk gebruikt in de lagere frequentiebereiken en deze komen veel voor bij toepassingen met ultrasone bewerking en ultrasone reinigers.

Magnetostrictieve transducer

Magnetostrictieve transducer schematisch diagram

De werking van een magnetostrictieve transducer kan worden beschreven aan de hand van het volgende schematische diagram. Dit diagram legt de spanning uit die wordt geproduceerd van nul tot volledige magnetisatie. Dit is onderverdeeld in discrete mechanische en magnetische attributen die zijn ingesteld in hun effect op de magnetische inductie en magnetostrictieve kernbelasting.

Magnetostrictief transducerschema

In het eerste geval laat figuur c zien dat wanneer het magnetische veld niet op het materiaal wordt aangelegd, de lengteverandering ook nul is met de geproduceerde magnetische inductie. De hoeveelheid magnetisch veld (H) wordt verhoogd tot zijn verzadigingslimieten (±Hsat). Dit verhoogt de axiale spanning tot 'esat'. Bovendien wordt de magnetisatiewaarde verhoogd tot de +Bsat-waarde weergegeven in figuur-e of verlaagd tot –Bsat weergegeven in de afbeelding.

Wanneer de 'Hs'-waarde op het maximale punt staat, kunnen de magnetische inductie en de hoogste spanningsverzadiging worden bereikt. Dus als we op dit punt proberen de veldwaarde te verhogen, zal dit de magnetisatiewaarde of het veld van het apparaat niet veranderen. Dus wanneer de veldwaarde verzadiging bereikt, zullen de rek- en magnetische inductiewaarden toenemen en van de buitenkant van de centrale figuur bewegen.

In het tweede geval, wanneer de 'Hs'-waarde vast wordt gehouden en als we de hoeveelheid kracht op het magnetostrictieve materiaal verhogen, zal de compressiedruk in het materiaal stijgen naar de achterkant met een afname van de axiale belasting en axiale magnetisatiewaarden . In figuur c zijn er geen fluxlijnen beschikbaar vanwege nulmagnetisatie, terwijl in figuur. b & figuur. d heeft magnetische fluxlijnen van een veel kleinere omvang op basis van de uitlijning van het magnetische domein in de magnetostrictieve driver. Figuur a heeft fluxlijnen maar hun stroom zal in de omgekeerde richting zijn.

Figuur. f toont de fluxlijnen op basis van het toegepaste 'Hs'-veld en de opstelling van het magnetische domein. Hier worden de geproduceerde fluxlijnen gemeten met het Hall Effect principe. Deze waarde is dus evenredig met de kracht of invoerspanning.

Soorten magnetostrictieve transducers

Er zijn twee soorten magnetostrictieve transducers; spontane magnetostrictie en veld-geïnduceerde magnetostrictie.

Spontane magnetostrictie

Spontane magnetostrictie vindt plaats door de magnetische ordening van atomaire momenten onder de Curie-temperatuur. Dit type magnetostrictie wordt gebruikt in de op NiFe gebaseerde legering genaamd invar en vertoont geen thermische toename tot aan de curietemperatuur.

De verzadigingsmagnetisatie van het materiaal neemt af bij verhitting tot de Curie-temperatuur vanwege een afname in de mate van rangschikking van de atomaire magnetische momenten. Wanneer deze opstelling en de verzadigingsmagnetisatie verminderen, neemt ook de expansie van het volume af door de spontane magnetostrictie en trekt het materiaal samen.

In het geval van invar is deze contractie vanwege spontaan magnetostrictieverlies gelijk aan de expansie die wordt veroorzaakt door gebruikelijke thermische vibratiemethoden en daarom zal het materiaal laten zien dat er geen verandering is binnen de afmetingen. Maar boven de Curie-temperatuur vindt normaal gesproken thermische uitzetting plaats en is er geen magnetische ordening meer.

Veldgeïnduceerde magnetostrictie

Veldgeïnduceerde magnetostrictie komt voornamelijk voornamelijk voor uit de opstelling van het magnetische domein op een toegepaste veldtoepassing. Het Terfenol-materiaal vertoont de grootste bruikbare magnetostrictie, namelijk de mix van Tb, Fe en Dy. Terfenol-materiaal wordt gebruikt voor positiesensoren, veldsensoren, mechanische actuatoren en luidsprekers.

Magnetostrictieve opstelling (of) belastingssensoren werken simpelweg door het feit dat wanneer een magnetostrictief materiaal een spanning ervaart, de magnetisatie van het materiaal zal veranderen. Gewoonlijk bevatten Terfenol-actuatoren een Terfenol-staaf die onder compressie is gerangschikt om de magnetische domeinen loodrecht op de staaflengte te plaatsen. Er wordt een spoel rond de Terfenol-staaf gebruikt, een veld wordt op de staaf aangelegd om de domeinen over de hele lengte uit te lijnen.

Verschil tussen magnetostrictieve en piëzo-elektrische transducer

Het verschil tussen een magnetostrictieve en piëzo-elektrische transducer omvat het volgende.

Magnetostrictieve transducer	Piëzo-elektrische omvormer
Een magnetostrictie-transducer is een apparaat dat wordt gebruikt om energie om te zetten van mechanische naar magnetische energie en vice versa.	Een piëzo-elektrische sensor is een apparaat dat wordt gebruikt om veranderingen in versnelling, druk, temperatuur, kracht of spanning te meten door ze in een elektrische lading te veranderen.
De magnetostrictieve transducer bevat een groot aantal nikkelen platen of lamellen. “product van sommen rekenmachine boolean ”	De piëzo-elektrische transducer bevat een enkele of dubbele dikke schijf van piëzo-elektrisch keramisch materiaal, gewoonlijk PZT (loodzirconaattitanaat).
Het concept hiervan is om de dimensie of vorm van een magnetisch materiaal bij magnetisatie te veranderen.	Het concept hiervan is accumulatie van elektrische lading door mechanische druk uit te oefenen.
Deze transducer is minder gevoelig in vergelijking met de piëzo-elektrische transducer vanwege de werking van het aardmagnetisch veld.	Deze transducer is gevoeliger.
Deze transducer maakt gebruik van de eigenschap magnetostrictief materiaal.	Deze transducer maakt gebruik van de piëzo-elektrische materiaaleigenschap.
Het slagpatroon is elliptisch.	Het slagpatroon is lineair.
Het frequentiebereik is 20 tot 40kHz.	Het frequentiebereik is 29 tot 50 kHz.
Het actieve tipgebied is 2,3 mm tot 3,5 mm.	Het actieve tipgebied is 4,3 mm op basis van de frequentie.

Hoe een magnetostrictieve transducer kiezen?

De selectie van een magnetostrictieve transducer kan worden gedaan op basis van onderstaande specificaties.

Deze transducer moet een soort magnetisch materiaal gebruiken, zodat hij kan interageren en afstanden heel precies in kaart kan brengen.
Transducer moet contactloze en slijtagevrije metingen mogelijk maken.
Het bereik moet van 50 tot 2500 mm zijn.
De maximale resolutie moet ongeveer 2 µm zijn.
Maximale lineariteit moet ±0,01 % zijn.
De verplaatsingssnelheid moet lager zijn dan 10 m/s.
Analoge uitgang is 0 tot 10 V, 4 tot 20 mA.
24 VDC ±20 % Voedingsspanning
IP67 Beschermingsklasse
De bedrijfstemperatuur moet tussen -30..+75 °C liggen.

Voor-en nadelen

De voordelen van een magnetostrictieve transducer omvatten het volgende.

Deze transducers zijn betrouwbaar, onderhoudsvrij en verminderen de kans op operationele fouten en machinestilstand aanzienlijk
Magnetostrictieve transducers hebben geen contactdelen en hebben dus een langere levensduur.
Deze zijn nauwkeuriger in vergelijking met transducers met vast contact.
Ze hebben een goede gevoeligheid, inspectie op lange afstand, duurzaamheid, eenvoudige implementatie, enz.

De nadelen van een magnetostrictieve transducer omvatten het volgende.

Magnetostrictieve transducers zijn duur.
De magnetostrictieve transducer heeft fysieke beperkingen, dus hij is beperkt om te werken bij frequenties onder ongeveer 30 kHz.

toepassingen

De toepassingen van een magnetostrictieve transducer omvatten het volgende.

De magnetostrictieve transducer wordt gebruikt voor positiemeting.
Deze transducer speelt een sleutelrol bij het omzetten van mechanische energie in magnetische energie.
Eerder werd dit apparaat gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder koppelmeters, hydrofoons, sonarscanapparatuur, telefoonontvangers, enz.
Momenteel wordt het gebruikt om verschillende apparaten te maken, zoals krachtige lineaire motoren, geluidsbeheersingssystemen of actieve trillingen, medische en industriële ultrasone trillingen, klepstandstellers voor adaptieve optica, pompen, enz.
Deze transducers zijn voornamelijk ontwikkeld om chirurgische gereedschappen, chemische verwerking, materiaalverwerking en onderwatersonar te maken.
De magnetostrictieve transducers worden gebruikt voor het meten van het koppel dat wordt ontwikkeld door roterende assen in de bewegende delen van machines.
Deze transducertoepassing is verdeeld in twee modi; wat het Joule-effect impliceert en de andere is het Villari-effect. Wanneer de energie van magnetisch naar mechanisch wordt omgezet, wordt het gebruikt om kracht te produceren in het geval van actuatoren en kan het worden gebruikt om een magnetisch veld te detecteren in het geval van sensoren. Als de energie van mechanisch naar magnetisch wordt veranderd, wordt deze gebruikt om beweging of kracht te detecteren.

Dit is dus een overzicht van de magnetostrictieve transducer. Deze transducer wordt ook wel een magneto-elastische transducer genoemd. Deze transducers hebben een extreem hoge mechanische ingangsimpedantie en zijn geschikt voor het meten van grote statische en dynamische krachten, versnelling en druk. Ze zijn sterk in constructieve kenmerken en wanneer deze transducers worden gebruikt als actieve transducers, zal de uitgangsimpedantie laag zijn. Hier is een vraag voor u, wat is Magnetostrictie Fenomeen?