Магнитострикционные преобразователи

Два основных типа магнитострикционных преобразователей представлены на рисунке. В первом типе устройства магнитострикционным материалом покрыто или голое волокно, или волокно, предварительно покрытое немагнитным полимером, придающим упругость и позволяющим сохранять целостность чувствительному к магнитному полю волокну. В преобразователях второго типа форма элемента из магнитострикционного материала фиксирована и волокно подсоединено к этому элементу. Наиболее распространенные формы элементов — плоские прямоугольные полосы и цилиндры. Чтобы соответствующим образом сравнить и оценить преобразователи двух типов, необходимо изучить влияние трех эффектов, которые не учитываются уравнением: размагничивание, механические нагрузки и механический резонанс.

Размагничивание. Магнитное поле в высоко восприимчивом к полю веществе никогда не равно приложенному внешнему полю. Это «размагничивание» возникает из-за того, что магнитные моменты в образце реагируют на приложенное поле таким образом, что если вещество имеет положительную магнитную восприимчивость, то магнитные моменты откликаются, частично нейтрализуя приложенное внешнее поле. Если рассматривать только одно направление, внешнее и внутреннее поля связаны как, где N — коэффициент размагничивания, который зависит только от формы элемента, и х — объемная магнитная восприимчивость, которая связывает намагниченность М с напряженностью внутреннего поля Hint как М = xHint. В общем случае величина х зависит как от величины, так и от частоты приложенного поля. Если для образца отношение площади перпендикулярного полю сечения Ат к квадрату длины параллельной полю грани Lm достаточно мало, то в грубом приближении при постоянных полях и пренебрежении краевыми эффектами. Показано уменьшение внутреннего поля, обусловленное размагничиванием, для полосы обработанного отжигом сплава Метгласс 2605 S2 в зависимости от коэффициента размагничивания 8Am/L- Восприимчивость к постоянному полю этого вещества составляет примерно X = 2х104 (единицы СИ). Типичный размер полосы, используемой в качестве чувствительного элемента, в магнитострикционном преобразователе составляет 5 см в длину,

image149

1,25 см в ширину и 25 мкм в толщину. В этом случае для полей, приложенных параллельно длине элемента, N « и 1,0х10~3, (1 + Nx) 21, т. е. менее 5% приложенного внешнего поля проникает внутрь элемента посередине. Около граней коэффициент размагничивания больше, чем посередине, и внутрь элемента проникает еще меньшая доля внешнего поля.

image150

Механические нагрузки.

В уравнении предполагается, что образец не связан, однако подсоединение волокна к магнитострикционному элементу фиксирует материал до некоторой степени и, следовательно, вызывает некоторый уровень нежелательной механической нагрузки.