The elektromehanski pretvornik je naprava, ki se uporablja za pretvorbo električnega signala v zvočne valove ali zvočnega vala v električni signal. Ti pretvorniki so bolj vsestranski in vsebujejo magnetostrikcijske in piezoelektrične naprave. Trenutno za močne ultrazvočne aplikacije obstajata dve osnovni izvedbi pretvornika, ki se uporabljata magnetostriktivni in piezoelektrični. A piezoelektrični pretvornik uporablja lastnost piezoelektričnega materiala za pretvorbo energije iz električne v mehansko. Magnetostrikcijski pretvornik uporablja lastnost magnetostriktivnega materiala za pretvorbo energije v mehansko energijo znotraj magnetnega polja. Tukaj je magnetno polje zagotovljeno skozi tuljavo žice, ki je prekrita okoli magnetostriktivnega materiala. Ta članek torej obravnava pregled a magnetostrikcijski pretvornik – delovanje in njegove aplikacije.

Kaj je magnetostrikcijski pretvornik?

Naprava, ki se uporablja za spreminjanje energije iz mehanske v magnetno energijo, je znana kot magnetostrikcijski pretvornik. The princip delovanja magnetostrikcijskega pretvornika uporablja vrsto magnetnega materiala, kjer bo uporabljeno nihajoče magnetno polje stisnilo atomi materiala, ustvarja periodične spremembe v dolžini materiala in proizvaja mehanske vibracije z visoko frekvenco. Te vrste pretvornikov se večinoma uporabljajo v nižjih frekvenčnih območjih in so zelo pogoste pri ultrazvočni obdelavi in ultrazvočnih čistilcih.

Magnetostrikcijski pretvornik

Shematski diagram magnetostrikcijskega pretvornika

Delovanje magnetostrikcijskega pretvornika je mogoče opisati z naslednjim shematskim diagramom. Ta diagram pojasnjuje količino deformacije, ki nastane od ničelne do popolne magnetizacije. To je razdeljeno na diskretne mehanske in magnetne lastnosti, ki so nastavljene glede na njihov učinek na magnetno indukcijo in magnetostrikcijsko deformacijo jedra.

Shema magnetostrikcijskega pretvornika

V prvem primeru slika c prikazuje, ko magnetno polje ni uporabljeno na materialu, potem je sprememba znotraj dolžine prav tako nična s proizvedeno magnetno indukcijo. Količina magnetnega polja (H) se poveča do meja nasičenosti (±Hsat). To poveča osno obremenitev na 'esat'. Poleg tega se bo vrednost magnetizacije povečala na vrednost +Bsat, prikazano na sliki-e, ali zmanjšala na –Bsat, prikazano na sliki.

“kako narediti zaporedne zadnje luči ”

Ko je vrednost 'Hs' na najvišji točki, je mogoče doseči magnetno indukcijo in najvišjo deformacijsko nasičenost. Torej na tej točki, če poskušamo povečati vrednost polja, to ne bo spremenilo vrednosti magnetizacije ali polja naprave. Torej, ko vrednost polja doseže nasičenost, se bodo vrednosti deformacije in magnetne indukcije povečale in premaknile od središča navzven.

V drugem primeru, ko ostane vrednost 'Hs' nespremenljiva in če povečamo količino sile na magnetostrikcijski material, bo tlačni tlak v materialu narasel na hrbtno stran z zmanjšanjem vrednosti aksialne deformacije in aksialne magnetizacije . Na sliki-c ni razpoložljivih črt pretoka zaradi ničelne magnetizacije, medtem ko na sliki. b & slika. d ima črte magnetnega pretoka veliko manjše velikosti na podlagi poravnave magnetne domene v magnetostrikcijskem gonilniku. Slika-a ima pretočne črte, vendar bo njihov tok v obratni smeri.

Slika. f prikazuje pretočne črte na podlagi uporabljenega polja 'Hs' in razporeditve magnetne domene. Tukaj se proizvedene pretočne črte merijo z načelom Hallovega učinka. Torej bo ta vrednost sorazmerna s silo ali vhodno obremenitvijo.

Vrste magnetostrikcijskih pretvornikov

Obstajata dve vrsti magnetostrikcijskih pretvornikov; spontano magnetostrikcijo in s poljem povzročeno magnetostrikcijo.

Spontana magnetostrikcija

Spontana magnetostrikcija nastane zaradi magnetnega urejanja atomskih momentov pod Curiejevo temperaturo. Ta vrsta magnetostrikcije se uporablja v zlitini na osnovi NiFe, imenovani invar, in kaže ničelno toplotno povečanje do curiejeve temperature.

Nasičena magnetizacija materiala se zmanjša pri segrevanju na Curiejevo temperaturo zaradi zmanjšanja količine razporeditve atomskih magnetnih momentov. Ko se ta ureditev in magnetizacija nasičenosti zmanjšata, se zaradi spontane magnetostrikcije in krčenja materiala zmanjša tudi širitev prostornine.

V primeru invarja je to krčenje zaradi spontane magnetostrikcijske izgube enakovredno raztezanju, ki ga povzročijo običajne metode toplotnih vibracij, zato bo material pokazal, da znotraj dimenzij ni sprememb. Toda nad Curiejevo temperaturo običajno pride do toplotnega raztezanja in ni več magnetnega reda.

Magnetostrikcija, ki jo povzroča polje

S poljem povzročena magnetostrikcija se v glavnem pojavi zaradi razporeditve magnetne domene na aplikaciji uporabljenega polja. Material Terfenol kaže največjo uporabno magnetostrikcijo, ki je mešanica Tb, Fe in Dy. Material Terfenol se uporablja za senzorje položaja, senzorje polja, mehanske aktuatorje in zvočnike.

Senzorji magnetostriktivne razporeditve (ali) obremenitve preprosto delujejo na podlagi dejstva, da se magnetizacija materiala spremeni vsakič, ko magnetostriktivni material doživi napetost. Običajno aktuatorji terfenol vključujejo palico terfenol, ki je stisnjena, da razporedi magnetne domene na dolžino palice pravokotno. Okoli palice Terfenol se uporablja tuljava, na palico pa se uporabi polje, ki poravna domene po njeni dolžini.

Razlika med magnetostrikcijskim in piezoelektričnim pretvornikom

Razlika med magnetostrikcijskim in piezoelektričnim pretvornikom vključuje naslednje.

Magnetostrikcijski pretvornik	Piezoelektrični pretvornik “4x16 dekoder z uporabo 2x4 dekoderja ”
Magnetostrikcijski pretvornik je naprava, ki se uporablja za pretvorbo energije iz mehanske v magnetno energijo in obratno.	Piezoelektrični senzor je naprava, ki se uporablja za merjenje sprememb znotraj pospeška, tlaka, temperature, sile ali napetosti tako, da jih spremeni v električni naboj.
Magnetostrikcijski pretvornik vključuje veliko število nikljevih plošč ali laminatov.	Piezoelektrični pretvornik vključuje enojno ali dvojno debelo ploščo iz piezoelektričnega keramičnega materiala, običajno PZT (svinčev cirkonat titanat).
Koncept tega je spremeniti dimenzijo ali obliko magnetnega materiala ob magnetizaciji.	Koncept tega je kopičenje električnega naboja z mehanskim pritiskom.
Ta pretvornik je manj občutljiv v primerjavi s piezoelektričnim pretvornikom zaradi delovanja zemeljskega magnetnega polja.	Ta pretvornik je bolj občutljiv.
Ta pretvornik uporablja lastnost magnetostriktivnega materiala.	Ta pretvornik uporablja lastnost piezoelektričnega materiala.
Vzorec poteze je elipsast.	Vzorec poteze je linearen.
Frekvenčno območje je od 20 do 40 kHz.	Frekvenčno območje je od 29 do 50 kHz.
Aktivna površina konice je od 2,3 mm do 3,5 mm.	Aktivna površina konice je 4,3 mm glede na frekvenco.

Kako izbrati magnetostrikcijski pretvornik?

Izbira magnetostrikcijskega pretvornika se lahko izvede na podlagi spodnjih specifikacij.

Ta pretvornik mora uporabljati vrsto magnetnega materiala, tako da lahko medsebojno deluje in zelo natančno preslika razdalje.
Pretvornik mora omogočati meritve brez dotika in obrabe.
Njegov razpon mora biti od 50 do 2500 mm.
Njegova največja ločljivost mora biti približno 2 µm.
Največja linearnost mora biti ±0,01 %.
Hitrost premika naj bo manjša od 10 m/s.
Analogni izhod je 0 do 10 V, 4 do 20 mA.
24 VDC ±20 % Napajalna napetost
Razred zaščite IP67
Delovna temperatura mora biti od -30..+75 °C.

Prednosti in slabosti

The prednosti magnetostrikcijskega pretvornika vključujejo naslednje.

Ti pretvorniki so zanesljivi, ne zahtevajo vzdrževanja in bistveno zmanjšajo možnost napak pri delovanju in izpadov stroja
Magnetostrikcijski pretvorniki nimajo kontaktnih delov, zato imajo daljšo življenjsko dobo.
Ti so natančnejši v primerjavi s pretvorniki s fiksnim kontaktom.
Imajo dobro občutljivost, nadzor na velike razdalje, vzdržljivost, enostavno uporabo itd.

The slabosti magnetostrikcijskega pretvornika vključujejo naslednje.

Magnetostrikcijski pretvorniki so dragi.
Magnetostrikcijski pretvornik ima fizične omejitve velikosti, zato je omejen na delovanje pri frekvencah pod 30 kHz približno.

Aplikacije

The aplikacije magnetostrikcijskega pretvornika vključujejo naslednje.

Za merjenje položaja se uporablja magnetostrikcijski pretvornik.
Ta pretvornik ima ključno vlogo pri pretvorbi mehanske energije v magnetno.
Prej je bila ta naprava uporabljena v različnih aplikacijah, ki vključujejo merilnike navora, hidrofone, naprave za skeniranje sonarjev, telefonske sprejemnike itd.
Trenutno se uporablja za izdelavo različnih naprav, kot so visokozmogljivi linearni motorji, sistemi za nadzor hrupa ali aktivnih vibracij, medicinski in industrijski ultrazvok, pozicionerji za prilagodljivo optiko, črpalke itd.
Ti pretvorniki so v glavnem razviti za izdelavo kirurških orodij, kemično obdelavo, obdelavo materialov in podvodnih sonarjev.
Magnetostrikcijski pretvorniki se uporabljajo za merjenje navora, ki ga razvijejo rotacijske gredi v gibljivih delih strojev.
Ta aplikacija pretvornika je razdeljena na dva načina; nakazuje Joulov učinek, drugi pa je Villarijev učinek. Ko se energija iz magnetne v mehansko pretvori, se uporabi za ustvarjanje sile v primeru aktuatorjev in se lahko uporabi za zaznavanje magnetnega polja v primeru senzorjev. Če se energija spremeni iz mehanske v magnetno, se uporabi za zaznavanje gibanja ali sile.

To je torej pregled magnetostrikcijskega pretvornika. Ta pretvornik se imenuje tudi magnetno-elastični pretvornik. Ti pretvorniki imajo izjemno visoko mehansko vhodno impedanco in so primerni za merjenje velikih statičnih in dinamičnih sil, pospeška in tlaka. Imajo močne konstrukcijske značilnosti in ko se ti pretvorniki uporabljajo kot aktivni pretvorniki, bo izhodna impedanca nizka. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je Magnetostrikcija Fenomen?