磁致伸缩材料性能表征研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第5期河南科学Vo1．25No．52007年1O月HENANSCIENCEOct．2007文章编号：1004—3918(2007)05—0800—04磁致伸缩材料性能表征研究冯朝印，杨绍甫，闫国亮，，王振清2(1．许昌职业技术学院，河南许昌461000；2．北京航空航天大学，北京100083)摘要：磁致伸缩材料的磁致伸缩系数值与磁场强度大小、温度和材料种类等有关．它们分别由应变仪、高斯计及铂电阻为传感器，与计算机及其A／D，D／A扩展板组成数字表征系统．介绍了该计算机系统硬件的组成与配置、软件的编制与调试及测

2、试结果分析．关键词：磁致伸缩性能测量；硬件组成；软件设计中图分类号：TB133文献标识码：A传统的磁致伸缩系数测量大都采用应变法测量，即在被测试样的表面粘贴应变片，利用数字静态电阻应变仪记录试样在不同磁场强度下的应变量的大小，采用数字特斯拉计测定试样所受的磁场强度值，用热电偶确定试样温度值．在预定温度手动调节磁场电源的输出电压值，改变磁场强度的大小，记录不同磁场下的应变量．为了准确评定试样的磁致伸缩性能，需测定大量的磁场强度一应变量的对应值．传统测试装置的磁场调节、数据记录等工作均由人工完成，存在工作量大、采集数据点少、测试时间长、效率低和不同试样间的可比性差等特

3、点．通过对传统测试装置的计算机改造，不仅实现了测试过程的自动控制和数据处理，而且有效地提高了测试效率，降低了工作强度，提高了测试结果的精确性和完整性．1系统构成系统以个人计算机(PC)为基础，包括用于A／D、D／A转换的ISA总线接口卡、放大电路及隔离电路、激励源等外围设备(如图1所示)．图中原始信号包括磁场强度、应变量(即磁致伸缩系数)和温度．控制信号包括磁场控制信号和温度控制信号．1-l测控IPC机的配置主机采用奔腾Ⅲ1GHzCPU，256MB内存．主板为100MHz时钟，采用VIA694A芯片组，1条ISA插槽，5条PCI插槽．网卡和模拟信号放大电路板占用2

4、条PCI插槽，网卡用于和其他电脑问的数据交换、信号放大电路的电源由PCI接口提供，有利于系统的集成和维护．采用PS一2127型8位作为测控系统的标准硬件接口，完成模拟信号与数字信号间的相互转换．其A／D通道为12图1表征系统原理简图Fig．1Schematicdiagramofcharacterizationsystem位数据位宽，输入信号为一5~+5V，转换时间为25s，共16路，采用其中的3路分别采集磁场、应变量和温度值；D／A通道为8位数据位宽，输出为0～5V，共2路，分别控制磁场场强的大小和温度的高低．1．2磁场的测量磁场大小通过数字特斯拉计得到．利用霍尔

5、探头基于霍尔效应将被测磁场量转换成电动势fl1．设霍尔探头的厚度为d，外界的磁感应强度为日，通过霍尔探头的恒定电流为，，则霍尔电动势为：=尺H馏=LsH／B(1)式中月为霍尔系数，由霍尔探头材料的物理性质决定；Ls为灵敏度系数，与霍尔探头材料的物理性质和几收稿日期：2007-04—02作者简介：冯朝印(1964一)，男，河南禹州市人，高级讲师，主要从事检测技术研究工作．维普资讯http://www.cqvip.com2007年10月冯朝印等：磁致伸缩材料性能表征研究一801一何尺寸有关．可见在霍尔探头确定的情况下，霍尔电动势值和磁感应强度值成线性关系．霍尔电动势一

6、方面经过数字特斯拉计内部的放大电路后，直接由数字表头显示；另一方面经由数字特斯拉计的模拟端口输出，经信号放大后送至测控IPC的硬件接口．1．3磁致伸缩系数的测量利用电阻应变电路测量磁致伸缩系数的大小，原理如图2所示，采用直流电桥平衡的方法．图中尺。，尺，尺，尺为桥臂电阻，其中尺。为测量应变片，粘贴在被测试样表面；尺为补偿应变片，粘贴在与试样相同材料且不受力的平板上并置于同一温度场中，起到温度补偿的作用；尺，尺为固定电阻，且尺：尺=尺=尺．应变片工作时，设尺变化为R+AR，AR为应变电阻值，则桥路不平衡输出电压约为：△(2)图2电阻应变测量电路4Fig．2Circu

7、itdiagramofelectricalresistancestraingage式中：为桥路供电电压．将由应变转换得到的电压信号AU放大后送至测控IPC相应的A／D通道进一步处理．1．4温度的测量温度值由Pt一100型热电阻测量．测量电路采用直流电桥平衡的方法，与图2相似，这里不在赘述．1．5磁场控制电路磁场电源为可电压远程控制的直输入+流稳压稳流电源．因直流电源要求控制信号与电源本身的电信号问电气隔离，因此设计光电隔离电路如图3所示．以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递，实现DA输出信号和直流电源电路的电气隔离，抑制电干扰．模拟控制信号的传输要求光耦芯片具有

8、好的线性传