The електромеханичен преобразувател е устройство, използвано за преобразуване или на електрически сигнал в звукови вълни, или на звукова вълна в електрически сигнал. Тези преобразуватели са по-гъвкави и съдържат магнитострикционни и пиезоелектрични устройства. Понастоящем за мощни ултразвукови приложения има два основни дизайна на преобразуватели, използвани като магнитострикционни и пиезоелектрически. А пиезоелектричен преобразувател използва свойството на пиезоелектричен материал за преобразуване на енергия от електрическа в механична. Магнитострикционният преобразувател използва свойството на магнитострикционен материал за преобразуване на енергия в механична енергия в рамките на магнитно поле. Тук магнитното поле се осигурява чрез намотка от тел, която е покрита около магнитострикционния материал. Така че тази статия обсъжда преглед на a магнитостриктивен преобразувател – работа и нейните приложения.

Какво е магнитострикционен преобразувател?

Устройство, което се използва за промяна на енергията от механична към магнитна енергия, е известно като магнитострикционен преобразувател. The Принцип на работа на магнитострикционния преобразувател използва вид магнитен материал, при който приложено осцилиращо магнитно поле ще притисне атоми на материала, създава периодична промяна в дължината на материала и произвежда механични вибрации с висока честота. Тези типове преобразуватели се използват главно в по-ниските честотни диапазони и те са много често срещани при ултразвукова обработка и приложения за ултразвукови почистващи препарати.

Магнитострикционен преобразувател

Схематична диаграма на магнитострикционен преобразувател

Работата на магнитострикционния преобразувател може да бъде описана с помощта на следната схематична диаграма. Тази диаграма обяснява количеството деформация, произведено от нулева до пълна магнетизация. Това е разделено на отделни механични и магнитни атрибути, които са зададени в техния ефект върху магнитната индукция и магнитострикционното напрежение на ядрото.

Схема на магнитострикционния преобразувател

В първия случай фигура c показва, че когато магнитното поле не е приложено към материала, тогава промяната в рамките на дължината също е нулева с произведената магнитна индукция. Силата на магнитното поле (H) се увеличава до неговите граници на насищане (±Hsat). Това увеличава аксиалното напрежение до „esat“. В допълнение, стойността на намагнитване ще бъде увеличена до стойността +Bsat, показана на фигура-e, или намалена до –Bsat, показана на фигурата.

Когато стойността на „Hs“ е в максималната си точка, тогава могат да бъдат постигнати магнитната индукция и най-високото насищане на напрежението. Така че в този момент, ако се опитаме да увеличим стойността на полето, това няма да промени стойността на намагнитване или полето на устройството. Така че, когато стойността на полето достигне насищане, тогава стойностите на напрежението и магнитната индукция ще се увеличат и ще се преместят от външната страна на централната фигура.

Във втория случай, когато стойността 'Hs' се поддържа фиксирана и ако увеличим количеството сила върху магнитострикционния материал, тогава налягането на натиск в материала ще се повиши на обратната страна с намаляване на стойностите на аксиалното напрежение и аксиалното намагнитване . На фигура-c няма налични линии на потока поради нулева магнетизация, докато на фигура. b & фигура. d има линии на магнитен поток с много по-малък магнитуд въз основа на подравняването на магнитния домейн в магнитострикционния драйвер. Фигура-а има линии на потока, но техният поток ще бъде в обратна посока.

Фигура. f показва линиите на потока въз основа на приложеното поле „Hs“ и разположението на магнитния домейн. Тук произведените линии на потока се измерват с принципа на ефекта на Хол. Така че тази стойност ще бъде пропорционална на силата или входното напрежение.

“какво е съпротивлението във физиката ”

Видове магнитострикционни преобразуватели

Има два вида магнитострикционни преобразуватели; спонтанна магнитострикция и индуцирана от поле магнитострикция.

Спонтанна магнитострикция

Спонтанната магнитострикция възниква от магнитното подреждане на атомните моменти под температурата на Кюри. Този тип магнитострикция се използва в базираната на NiFe сплав, наречена инвар, и показва нулево топлинно увеличение до температурата на Кюри.

Намагнитването на насищане на материала намалява при нагряване до температурата на Кюри поради намаляване на размера на разположението на атомните магнитни моменти. Когато тази подредба и намагнитването на насищане намаляват, разширяването на обема също намалява чрез спонтанната магнитострикция и свиването на материала.

В случая на инвар това свиване поради спонтанна магнитострикционна загуба е еквивалентно на разширението, причинено чрез обичайните методи на термична вибрация и следователно материалът ще покаже, че няма промяна в размерите. Но над температурата на Кюри обикновено се получава топлинно разширение и вече няма никакво магнитно подреждане.

Индуцирана от полето магнитострикция

Магнитострикцията, предизвикана от полето, възниква главно от подреждането на магнитния домейн при приложение на приложено поле. Материалът Terfenol показва най-голямата полезна магнитострикция, която е смес от Tb, Fe и Dy. Терфеноловият материал се използва за сензори за положение, полеви сензори, механични задвижващи механизми и високоговорители.

Сензорите за магнитострикционно устройство (или) натоварване просто работят чрез факта, че всеки път, когато магнитострикционен материал изпитва напрежение, намагнитването на материала ще се промени. Обикновено задвижващите механизми с терфенол включват прът от терфенол, който е подреден под натиск, за да подреди перпендикулярно магнитните домени спрямо дължината на пръта. Използва се намотка около терфеноловия прът, върху пръта се прилага поле, за да се подредят домейните по дължината му.

Разлика между магнитострикционен и пиезоелектричен преобразувател

Разликата между магнитострикционен и пиезоелектричен преобразувател включва следното.

“запояване на компоненти на електрониката върху платка ”

Магнитострикционен преобразувател	Пиезоелектричен преобразувател “звукът се активира при изключване ”
Магнитострикционният преобразувател е устройство, използвано за преобразуване на енергия от механична в магнитна енергия и обратно.	Пиезоелектрическият сензор е устройство, което се използва за измерване на промени в ускорението, налягането, температурата, силата или деформацията, като ги превръща в електрически заряд.
Магнитострикционният преобразувател включва голям брой никелови пластини или ламинации.	Пиезоелектричният преобразувател включва единичен или двойно дебел диск от пиезоелектричен керамичен материал, обикновено PZT (оловен цирконатен титанат).
Концепцията за това е да се промени размерът или формата на магнитен материал при намагнитване.	Концепцията за това е натрупване на електрически заряд чрез прилагане на механичен натиск.
Този преобразувател е по-малко чувствителен в сравнение с пиезоелектричния преобразувател поради действието на земното магнитно поле.	Този трансдюсер е по-чувствителен.
Този преобразувател използва свойството на магнитострикционния материал.	Този преобразувател използва свойството на пиезоелектричния материал.
Моделът на щриха е елиптичен.	Моделът на щриха е линеен.
Честотният диапазон е от 20 до 40kHz.	Честотният диапазон е от 29 до 50kHz.
Активната площ на върха е от 2,3 mm до 3,5 mm.	Активната площ на върха е 4,3 мм въз основа на честотата.

Как да изберем магнитострикционен преобразувател?

Изборът на магнитостриктивен преобразувател може да се направи въз основа на спецификациите по-долу.

Този преобразувател трябва да използва вид магнитен материал, така че да може да взаимодейства и да картографира разстоянията много точно.
Преобразувателят трябва да позволява измервания без контакт и без износване.
Диапазонът му трябва да бъде от 50 до 2500 mm.
Максималната му разделителна способност трябва да бъде приблизително 2 µm.
Максималната линейност трябва да бъде ±0,01 %.
Скоростта на преместване трябва да бъде по-малка от 10 m/s.
Аналоговият изход е 0 до 10 V, 4 до 20 mA.
24 VDC ±20 % Захранващо напрежение
IP67 Клас на защита
Работната температура трябва да варира от -30..+75 °C.

Предимства и недостатъци

The предимства на магнитострикционния преобразувател включват следното.

Тези трансдюсери са надеждни, не изискват поддръжка, значително намаляват потенциала за оперативни грешки и прекъсване на работата на машината
Магнитострикционните преобразуватели нямат контактни части, така че имат по-дълъг живот.
Те са по-точни в сравнение с преобразувателите с фиксиран контакт.
Имат добра чувствителност, далечна проверка, издръжливост, лесна реализация и др.

The недостатъци на магнитострикционния преобразувател включват следното.

Магнитострикционните преобразуватели са скъпи.
Магнитострикционният преобразувател има физически ограничения на размера, така че е ограничен да работи при честоти под 30 kHz приблизително.

Приложения

The приложения на магнитострикционен преобразувател включват следното.

Магнитострикционният преобразувател се използва за измерване на позицията.
Този преобразувател играе ключова роля в преобразуването на механичната енергия в магнитна.
Преди това това устройство е било използвано в различни приложения, които включват измерватели на въртящ момент, хидрофони, сонарни сканиращи устройства, телефонни приемници и др.
В момента се използва за направата на различни устройства като линейни двигатели с висока сила, системи за контрол на шума или активни вибрации, медицински и промишлени ултразвукови устройства, позиционери за адаптивна оптика, помпи и др.
Тези преобразуватели са разработени главно за производство на хирургически инструменти, химическа обработка, обработка на материали и подводен сонар.
Магнитострикционните преобразуватели се използват за измерване на въртящ момент, създаван от въртящи се валове в движещите се части на машини.
Това приложение на трансдюсера е разделено на два режима; предполагащ ефект на Джаул, а другият е ефект на Вилари. Когато енергията от магнитна в механична се преобразува, тя се използва за създаване на сила в случай на задвижващи механизми и може да се използва за откриване на магнитно поле в случай на сензори. Ако енергията от механична на магнитна се промени, тогава тя се използва за откриване на движение или сила.

По този начин, това е общ преглед на магнитострикционния преобразувател. Този преобразувател се нарича още магнитоеластичен преобразувател. Тези трансдюсери притежават изключително висок механичен входен импеданс и са подходящи за измерване на големи статични и динамични сили, ускорение и налягане. Те имат силни конструктивни характеристики и когато тези преобразуватели се използват като активни преобразуватели, изходният импеданс ще бъде нисък. Ето един въпрос към вас, какво е Магнитострикция Феномен?