第 1 8卷

第 3期

电机与控制学报 El ec t r i c Ma chi nes a nd Con t r ol

Vo l _l 8 No . 3 Ma r .2 01 4

2 0 1 4年 3月

磁控形状记忆合金振动传感器模型及实验特性 鲁军 , 杨宽， 王凤翔 ( 1 .沈阳理工大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳 1 1 0 1 5 9; 2 .沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳 1 1 0 8 7 0 )

摘

要：磁控形状记忆合金 ( m a g n e t i c a l l y c o n t r o l l e d s h a p e m e m o r y a l l o y, MS MA)在机械外力作用下，

磁路中的磁通密度会发生变化，利用该特性可以制作将机械能转换为电能的振动传感器。分析了 MS MA传感器的工作原理，基于 MS MA材料的逆特性设计并研制了 MS MA振动传感器样机，传感器输出的感应电压峰一峰值随输入信号频率的增加而增加。在材料应力一应变关系和样机磁路模

型基础上，推导出 MS MA感应电压表达式；计算不同频率时的传感器感应电压，计算结果和实验结

果相吻合。研究表明传感器感应电压模型的正确性和 M S M A振动传感器应用的可行性。 关键词：磁控形状记忆合金；振动传感器；逆特性；模型；感应电压 中图分类号： T M 3 5 9 文献标志码： A 文章编号：1 0 0 7— 4 4 9 X( 2 0 1 4 ) 0 3 -0 0 2 0 - 0 5

Mo de l a n d e x p e r i me n t c h a r a c t e r i s t i c o n v i b r a t i o n s e ns o r o f ma g n e t i c a l l y c o n t r o l l e d s ha p e me mo r y a l l o y L U J u n , YANG Ku a n , WANG F e n g— x i a n g ( 1 . S c h o o l o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g, S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y, S h e n y a n g 1 1 0 1 5 9,C h i n a; 2 . S c h o o l o f E l e c t r i c a l

E n g i n e e r i n g, S h e n y a n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y, S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0,C h i n a )

A b s t r a c t: T h e ma g n e t i c l f u x d e n s i t y o f ma g n e t i c a l l y c o n t r o l l e d s h a p e m e m o y r a l l o y( MS MA)v a i r e s u n d e r t h e a c t i o n o f me c h a n i c a l f o r c e,a n d a v i b r a t i o n s e n s o r,wh i c h c o n v e r t s me c h a n i c a l e n e r g y t o e l e c t ic r a l e n— e r g y,wa s d e s i g n e d wi t h t h e h e l p o f t h i s r e v e r s e c h a r a c t e is r t i c .Th e o p e r a t i o n p in r c i p l e o f MSMA s e n s o r i s a n a l y z e d,MSMA v i b r a t i o n s e n s o r p r o t o t y pe wa s d e s i g ne d a n d b u i l t b a s e d o n MS MA r e v e r s e c ha r a e t e r i s - t i c s,t h e p e a k— p e a k v a l u e o f t he i n d u c e d v o l t a g e i n c r e a s e s wi t h t he i n p u t s i g n a l f r e q u e n c y.On t h e b a s i s o f MS MA s t r e s s— s t r a i n r e l a t i o n s h i p a n d ma g n e t i c c i r c u i t mo d e l o f p r o t o t y p e,t he i n d u c e d v o l t a g e e x p r e s—

s i o n w a s d e r i v e d;t h e i n d u c e d v o l t a g e o f t h e s e n s o r wa s c a l c u l a t e d u n d e r t h e d i f f

e r e n t f r e q u e n c y .I t i s f o un d t h a t t h e c a l c u l a t i ng r e s u l t s a r e i n a g o o d a g r e e me n t wi t h t h e e x p e ime r n t a l o n e s .S t u d i e s s ho w t h e c o r r e c t n e s s o f i n d uc e d v o l t a g e mo d e l a nd t h e f e a s i bi l i t y o f MSMA v i b r a t i o n s e n s o r a p pl i c a t i o n. Ke y wo r ds: ma g n e t i c a l l y c o n t r o l l e d s ha p e me mo y r a l l o y;v i b r a t i o n s e ns o r;r e v e r s e c ha r a c t e is r t i c;mo d e l; i n du c e d v o l t a g e

收稿日期： 2 0 l 2— 0 2一O 7

基金项目：国家自然科学基金( 5 1 3 7 7 1 1 0 );辽宁省自然科学基金 ( 2 0 1 1 0 2 1 8 4 );沈阳市科技计划项目( F 1 2—2 7 7—1—2 8 ) 作者简介：鲁 杨通讯作者：鲁

军( 1 9 6 5一),男，博士，副教授，研究方向为智能材料及智能控制系统； 宽( 1 9 8 7一),男，硕士研究生，研究方向为智能检测与信息处理； 军

王凤翔 ( 1 9 3 8一),男，硕士，教授，博士生导师，研究方向为特种电机及其控制。