磁控形状记忆合金作动器设计及其控制效果

《磁控形状记忆合金传感器耦合场合模型与信号处理研究》一、引言随着科技的不断进步，传感器技术已经成为现代工业、医学、航空、环保等领域的核心要素之一。

在众多类型的传感器中，磁控形状记忆合金传感器因其独特的特点，在温度、压力等环境因素的监测方面得到了广泛的应用。

磁控形状记忆合金传感器的特性与原理是基于磁控形状记忆效应（MSME）的，其耦合场合模型与信号处理的研究对于提高传感器的性能和稳定性具有重要意义。

本文将就磁控形状记忆合金传感器耦合场合模型与信号处理进行深入研究。

二、磁控形状记忆合金传感器耦合场合模型研究1. 磁控形状记忆合金传感器的结构特点磁控形状记忆合金传感器是一种新型的智能材料传感器，主要由磁控形状记忆合金、线圈等组成。

该传感器的特点是结构简单、响应速度快、精度高，能够在复杂的耦合场合中保持较高的稳定性。

2. 耦合场合模型的建立磁控形状记忆合金传感器在实际应用中，常常受到温度、压力、电磁干扰等多种因素的影响，因此建立耦合场合模型具有重要意义。

在模型建立过程中，需要综合考虑传感器材料、环境因素以及电路等因素的影响。

根据实际情况，我们可以建立磁控形状记忆合金传感器的耦合模型，通过该模型来预测和分析传感器在不同环境条件下的性能表现。

3. 模型参数的确定与优化为了准确描述磁控形状记忆合金传感器的性能，需要确定和优化模型中的参数。

这些参数包括材料的磁性能、机械性能、热性能等。

通过实验数据的拟合和分析，可以确定模型中的参数，并通过优化算法来进一步提高模型的准确性和稳定性。

在实际应用中，根据具体环境和应用需求来选择和调整模型的参数。

三、信号处理研究1. 信号的采集与预处理在磁控形状记忆合金传感器中，信号的采集和预处理是信号处理的重要环节。

通过传感器采集到的信号往往包含噪声和干扰，因此需要进行预处理来提高信号的信噪比和准确性。

预处理方法包括滤波、放大、数字化等。

2. 信号处理算法研究针对磁控形状记忆合金传感器的信号特点，需要研究相应的信号处理算法。

《磁控形状记忆合金传感器结构设计与实验研究》一、引言磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy，简称MSMA）作为一种新型智能材料，因其独特的磁性、形状记忆效应和超弹性等特性，在传感器、执行器、驱动器等领域具有广泛的应用前景。

本文重点研究了磁控形状记忆合金传感器的结构设计及其实验研究，旨在通过优化结构设计提高传感器的性能。

二、磁控形状记忆合金传感器结构设计1. 材料选择选择具有良好磁性能和形状记忆效应的磁控形状记忆合金作为传感器的主要材料。

根据实际需求，可选择不同成分比例的合金，以满足传感器在不同工作环境下的性能要求。

2. 结构设计磁控形状记忆合金传感器主要由感应部分、传输部分和输出部分组成。

感应部分采用MSMA材料制成，通过外部磁场的变化引起材料形状的变化；传输部分将感应部分的形状变化传递至输出部分；输出部分将形状变化转换为电信号或其他形式的能量输出。

3. 优化设计针对传感器的工作环境、测量精度、响应速度等要求，对传感器结构进行优化设计。

例如，通过改进感应部分的材料成分、调整传输部分的传动比、优化输出部分的电路设计等，提高传感器的整体性能。

三、实验研究1. 实验材料与设备选用合适的磁控形状记忆合金材料、传感器加工设备、测量仪器等，为实验研究提供保障。

2. 实验方法与步骤（1）制备不同成分比例的磁控形状记忆合金材料，并进行性能测试；（2）根据结构设计要求，加工制作传感器样品；（3）对传感器样品进行性能测试，包括灵敏度、响应速度、稳定性等指标；（4）对不同结构参数的传感器进行对比实验，分析结构参数对传感器性能的影响；（5）根据实验结果，对传感器结构进行优化设计。

3. 实验结果与分析通过实验测试，得到了不同结构参数的磁控形状记忆合金传感器的性能数据。

分析数据发现，优化后的传感器结构在灵敏度、响应速度、稳定性等方面均有所提高。

同时，实验结果还表明，合理选择材料成分比例和结构参数，能够有效提高传感器的整体性能。

磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用磁控形状记忆合金执行器是一种新型的智能材料执行器，利用形状记忆合金的特殊性质，能够实现快速、准确的运动控制。

本篇文档将介绍磁控形状记忆合金执行器的工作原理及其应用。

1. 工作原理磁控形状记忆合金执行器是由形状记忆合金丝和磁控软磁铁两部分组成。

软磁铁将磁场输送到形状记忆合金丝中，通过磁力作用控制形状记忆合金丝的形状变化，从而实现执行器的启动和控制。

具体来说，当软磁铁施加磁场时，会引起形状记忆合金丝的形状变化。

形状记忆合金丝的形状变化激发了质量重组，获得更高的能量状态。

此时，形状记忆合金丝的透磁率比软磁铁更高，磁控软磁铁施加的磁场会受到形状记忆合金丝的影响，导致磁场方向的变化，从而调节形状记忆合金丝的形状和力量。

2. 应用磁控形状记忆合金执行器的应用具有广泛的前景，可以应用于机械、电力、电子、医疗等领域。

以下是具体应用的几个方面：(1) 机器人机器人技术是近年来发展十分迅速的一门技术。

磁控形状记忆合金执行器具有迅速响应、高精度、小体积的特点，可应用于机器人关键部件的驱动与控制。

(2) 医疗器械磁控形状记忆合金执行器具有快速响应和无空气污染等特点，可应用于医疗器械的高精度控制中，例如精密手术器械、心脏起搏器等。

(3) 动力系统磁控形状记忆合金执行器可用于动力系统中，例如汽车、飞机等。

通过冷却和加热形状记忆合金来实现发动机的冷却和加热，从而增强机器工作的效率和稳定性。

(4) 电子技术磁控形状记忆合金执行器可应用于电子技术领域，例如可用于快速响应的机械开关、高精度的自动对焦装置等。

总之，磁控形状记忆合金执行器的应用十分广泛，具有不少的优势。

在未来的发展中，相信磁控形状记忆合金执行器会有更广阔的前景和更重要的地位。

形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的设计及性能近年来，软体机器人作为机器人领域的一个重要分支，在机器人应用中得到了越来越广泛的关注。

相比于传统的刚性机器人，软体机器人具有更高的灵活性、可塑性和适应性。

其中，形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人以其独特的机械结构和运动方式，成为研究的热点之一。

本文将围绕形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的设计及性能展开讨论。

一、形状记忆合金丝的特性形状记忆合金丝是一种能在受热后发生形状改变并在冷却后恢复原状的材料。

其优点主要体现在以下几个方面：1. 应变能储存：形状记忆合金丝在受热时会发生溶解相变，同时产生大量位错，形成亚晶界。

在冷却过程中，亚晶界又会消失，从而使形状恢复到原始状态。

这一特性使得形状记忆合金丝在机械驱动方面具有巨大的潜力。

2. 良好的机械性能：形状记忆合金丝具有较高的延展性和强度，可以在不同形状的应力下产生显著的形变，且具备较高的恢复力。

这使得形状记忆合金丝成为软腔体机器人的理想驱动材料。

二、形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的设计原理形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的设计基于以下原理：1. 软腔体结构设计：软腔体机器人采用柔性材料作为主体结构，通过内部充气或排气来改变机器人的外形和体积。

该设计使得机器人可以在狭窄的空间中自由穿行，具有出色的适应性。

2. 形状记忆合金丝驱动：利用形状记忆合金丝的特性，将其绑定在软腔体机器人的骨架上。

通过控制合金丝的加热和冷却过程，使其发生形状变化并推动机器人运动。

这种驱动方式简单可靠，且对环境适应性强。

三、形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的性能研究在形状记忆合金丝致动软腔体爬行机器人的性能研究中，主要关注以下几个方面：1. 运动性能：通过实验测试，分析形状记忆合金丝驱动软腔体机器人的运动性能，包括移动速度、转向能力、爬升能力等。

实验结果表明，形状记忆合金丝驱动的软腔体机器人具有良好的灵活性和适应性。

2. 承载能力：研究形状记忆合金丝驱动软腔体机器人在不同载荷下的承载能力。

41收稿日期:2009-08-07;修改日期:2009-08-28基金项目:国家自然科学基金重大研究计划资助项目(90715003);教育部高等学校博士学科点专项科研基金(200807030002);陕西省自然科学基金(2007E205);陕西省教育厅专项科研基金资助项目(05J K244);陕西省工业攻关项目(2008K07-31);国家重点实验室开放项目(08KF02);陕西省教育厅重点实验室科研计划项目(09JS022);陕西省教育厅重点实验室访问学者项目(09JS023);陕西省教育厅重点实验室访问学者项目(09JS024)作者简介:王社良(1957-),男,西安人,教授,博士,从事工程结构智能控制及防震减灾方面的研究。

E m ai :l w angs h e@l yahoo .co m.c n通讯作者:代建波(1983-),男,陕西榆林人,博士,主要从事空间结构动力稳定控制方面的研究E m ai:l d_jianbo @文章编号:1006 1355(2010)03 0041 05磁控形状记忆合金在结构振动控制中的应用研究王社良,代建波,赵 祥,纪庆波(西安建筑科技大学土木工程学院,西安 710055)摘 要:磁控形状记忆合金(M S M A )是一种在磁场控制下可产生较大变形,且具有形状记忆功能的新型智能材料,利用其磁控特性可以制作智能作动器进行结构的振动控制。

首先介绍了M S MA 材料在磁场作用下的变形机理与磁控特性,在此基础上提出了两种可以应用于结构振动控制中的新型M S MA 驱动器,并分析了其工作原理和设计方法,最后阐述了利用M S M A 的逆特性制作M S M A 自传感作动器的关键技术及解决方法,为其在土木工程领域的应用打下了良好的基础。

关键词:振动与波;磁控形状记忆合金;振动控制;磁控特性;驱动器中图分类号:TU 512.9 文献标识码:ADO I 编码:10.3969/.j issn .1006-1355.2010.03.012Study on Application ofM agneti c Shape M e m oryA lloys to V i brati on Control of StructuresWANG She liang,DAI J ian bo ,Z HAO X iang,JI Q ing bo(Co llage o f C iv il Eng i n eering ,X i an Un i v ersity o fA rch itecture and T echnology ,X i an 710055,China) Abstract :M agnetic shape m e m ory a ll o y (M S MA )is a ne w i n telligent m aterial that can produce large sta i n in m agnetic field ,and m eanw hile has the shape m e m ory f u ncti o n.U si n g these characteristi c s o fM S MA,one can fabricate i n telli g ent actuators for v i b ration contro l o f structures .A t firs,t the m echa n is m o f defor m ati o n ofM S MA i n m agnetic field and its characteristics ofm agnetic contr o l are i n tr oduced i n this paper .On th is base ,t w o ne w MSMA actuators ,w h i c h m ay be app lied to v i b ration con tro l o f str uctures ,are proposed .Their w or k i n g princ i p le i s ana l y zed and t h e design m ethod is g i v en .F i n ally ,the rec i p roca l characteristi c s ofM SMA,key techno l o gy and its solution m ethod of theM S MA self sensing actuators are descri b ed .Th is study m ay set a foundati o n forM S MA s applicati o n i n civ il eng ineeri n g .K ey words :v i b rati o n and w ave ;m agnetic shape m e m or y alloy (M S MA);v i b ration contro;l char acter i s tic of m agnetic contro;l actua tor利用智能材料进行结构的振动控制是土木工程领域研究的热点之一。

两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型随着科技的不断进步，磁控形状记忆合金作为一种新型材料，已经被广泛应用于机械、电子、航空等领域。

在实际应用中，磁控形状记忆合金的性能研究和模型建立是非常重要的。

本文将介绍一种针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型。

一、磁控形状记忆合金的基本特性磁控形状记忆合金是一种由金属、合金等材料制成的智能材料，其最大特点是可以通过磁场对其形状进行控制。

其主要应用领域包括机械、电子、航空等。

磁控形状记忆合金具有以下基本特性：1.形状记忆效应磁控形状记忆合金可以通过磁场控制其形状，具有形状记忆效应。

当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其形状可以发生变化，当磁场消失时，其形状可以恢复到原来的状态。

2.磁致伸缩效应磁控形状记忆合金还具有磁致伸缩效应。

当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其长度可以发生变化。

3.磁阻抗效应磁控形状记忆合金还具有磁阻抗效应。

当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其电阻可以发生变化。

二、两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型磁控形状记忆合金的本构模型是描述其力学行为的数学模型。

针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金，可以建立以下本构模型：1.应力张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的应力张量可以表示为：σ = (σ11, σ22, σ33, σ12, σ13, σ23)其中，σ11、σ22、σ33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应力，σ12、σ13、σ23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应力。

2.应变张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的应变张量可以表示为：ε = (ε11, ε22, ε33, ε12, ε13, ε23)其中，ε11、ε22、ε33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应变，ε12、ε13、ε23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应变。

3.磁场张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的磁场张量可以表示为： H = (H1, H2, H3)其中，H1、H2、H3分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的磁场。

磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理作者：翁光远来源：《中国建筑科学》2014年第03期摘要：磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁场作用下所表现出的低能量诱发相变、大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的特性，使之有可能成为土木工程结构振动控制理想的驱动与传感材料。

针对这一问题，论文通过描述MSMA材料的变形机制，以及磁场、应变、应力之间的函数关系，分析了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制应用中需要解决的问题，提出了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制领域中应用前景。

关键词：磁控形状记忆合金；磁力性能；振动控制；本构关系1.MSMA变形机理磁控形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变，也有铁磁相和顺磁相之间的居里转变。

磁控形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得[1]，一种是由磁场诱发从母相到马氏体的相变（类似于应力诱发马氏体相变），这种情况一般需要非常大的磁场，例如需要1.29T的磁场才能诱发合金的马氏体相变；另外一种是铁磁控马氏体在磁场作用下的孪晶变体再取向（类似于应力促使马氏体孪晶再取向，与传统的磁致伸缩机制无关），这种情况需要的磁场比前者小得多，而且可以得到较大的应变量，例如在300K时，诱发Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金马氏体变体再取向得到9.5%的磁致应变，只需0.13T的磁场。

所以有关铁磁形状记忆合金的研究大多采用第二种机制，可以利用较小的磁场获得较大的应变。

在高对称性母相中，马氏体成核所产生的应变主要是通过滑移或者变形孪晶变体界面的移动来消除（可以大大降低马氏体与周围区域的应变能）。

在有序合金中，与滑移变形相比，孪晶界面的移动不需破坏原子键，需要的能量较低，因此，孪晶界面的移动要比滑移更容易发生。

孪晶界面移动实现的孪晶变体的择优取向将产生较大的宏观应变。

磁控形状记忆效应的必要条件是马氏体的各向异性能大于孪晶界移动所需的能量，而且易磁化方向在孪晶界两边不同，在这种情况下施加磁场将在孪晶界两边产生Zeemna能的差异，这个能量差异对孪晶界施加压力，因而易磁化方向与外磁场方向相同的孪晶单变体将长大，磁场诱发孪晶界移动的结果是产生一个大的应变，这效应完全发生在磁控形状记忆合金的马氏体。