磁歪トランスデューサー : 概略図、種類、利点、およびそのアプリケーション

の 電気機械変換器 電気信号を音波に、または音波を電気信号に変換するために使用されるデバイスです。これらの変換器は、より汎用性が高く、磁歪および圧電デバイスが含まれています。現在、パワー超音波アプリケーションには、磁歪と圧電を使用する 2 つの基本的なトランスデューサ設計があります。あ 圧電トランスデューサ 圧電材料の特性を利用して、エネルギーを電気から機械に変換します。磁歪トランスデューサは、磁歪材料の特性を利用して、磁場内でエネルギーを機械エネルギーに変換します。ここで、磁場は、磁歪材料の周りに覆われたワイヤのコイルを通して提供されます。したがって、この記事では、 磁歪トランスデューサ – 作業とその応用。

磁歪トランスデューサとは

エネルギーを機械エネルギーから磁気エネルギーに変換するために使用されるデバイスは、磁歪トランスデューサとして知られています。の 磁歪トランスデューサの動作原理 適用された振動磁場が圧搾するタイプの磁性材料を使用します。 原子 材料の長さの中で周期的な変化を生み出し、高周波の機械的振動を生成します。これらのタイプのトランスデューサは、主に低周波数範囲で使用され、超音波加工および超音波クリーナーのアプリケーションでは非常に一般的です。

磁歪トランスデューサの模式図

磁歪トランスデューサの動作は、次の概略図を使用して説明できます。この図はゼロから完全着磁までに発生する歪み量を説明したものです。これは、磁気誘導および磁歪コアひずみへの影響で設定される個別の機械的および磁気的属性に分割されます。

最初のケースでは、図 c は、磁場が材料に適用されていない場合を示しており、長さの変化も、生成された磁気誘導でゼロになります。磁界量（H）を飽和限界（±Hsat）まで上げます。これにより、軸方向のひずみが「esat」まで増加します。さらに、磁化値は、図 e に示す +Bsat 値に増加するか、図に示す –Bsat に減少します。

「Hs」値が最大点にあるとき、磁気誘導と最高の歪み飽和を達成できます。したがって、この時点で磁場の値を増加させようとしても、デバイスの磁化の値や磁場は変化しません。そのため、磁場の値が飽和すると、歪みと磁気誘導の値が増加し、中央の図の外側から移動します。

2 番目のケースでは、「Hs」値を固定したままにして、磁歪材料にかかる力の量を上げると、材料内の圧縮圧力が反対側に上昇し、軸方向の歪みと軸方向の磁化の値が減少します。 .図 c では、磁化がゼロであるため利用可能な磁束線はありませんが、図では。 B＆フィギュア。 d は、磁歪ドライバーの磁区配列に基づいて、はるかに小さい大きさの磁束線を持っています。図 a には磁束線がありますが、その流れは逆方向になります。

形。 fは、適用された「Hs」フィールドと磁区配置に基づく磁束線を示しています。ここで生成された磁束線は、ホール効果の原理で測定されます。したがって、この値は力または入力ひずみに比例します。

磁歪トランスデューサの種類

磁歪トランスデューサには 2 つのタイプがあります。自発磁歪と磁場誘起磁歪。

自然磁歪

自発磁歪は、キュリー温度以下の原子モーメントの磁気秩序から発生します。このタイプの磁歪は、インバーと呼ばれる NiFe ベースの合金に利用されており、キュリー温度まで熱上昇がゼロです。

材料の飽和磁化は、原子磁気モーメントの配列量内で減少するため、キュリー温度まで加熱すると減少します。この配置と飽和磁化が減少すると、自発的な磁歪と材料の収縮によって体積の膨張も減少します。

インバーの場合、自発磁歪損失によるこの収縮は、通常の熱振動法による膨張と同等であるため、材料は寸法内の変化がないことを示します。しかし、キュリー温度を超えると、通常は熱膨張が発生し、磁気秩序はなくなります。

磁場誘起磁歪

磁場誘起磁歪は主に、印加磁場印加時の磁区配置から主に発生します。 Terfenol 材料は、Tb、Fe、および Dy の混合物である最大の有用な磁歪を示します。 Terfenol 材料は、位置センサー、フィールド センサー、機械式アクチュエーター、スピーカーに利用されています。

磁歪配置 (または) 負荷センサーは、磁歪材料が歪みを受けるたびに、材料の磁化が変化するという事実を単純に処理します。通常、Terfenol アクチュエータには、磁区をロッドの長さに垂直に配置するために圧縮下で配置される Terfenol ロッドが含まれます。 Terfenolロッドの周りにコイルが使用され、ロッドにフィールドが適用されて、ドメインがその長さに沿って整列します。

磁歪トランスデューサと圧電トランスデューサの違い

磁歪トランスデューサと圧電トランスデューサの違いには、次のようなものがあります。

磁歪トランスデューサの選び方

磁歪式トランスデューサの選定は、以下の仕様に基づいて行うことができます。

• このトランスデューサは、相互作用して距離を非常に正確にマッピングできるように、一種の磁性材料を使用する必要があります。
• トランスデューサは、非接触および摩耗のない測定を可能にする必要があります。
• その範囲は 50 ～ 2500 mm でなければなりません。
• その最大解像度は約 2 μ m である必要があります。
• 最大直線性は ±0.01 % でなければなりません。
• 変位速度は 10 m/s 未満にする必要があります。
• アナログ出力は0～10V、4～20mA。
• 24 VDC ±20 % 供給電圧
• IP67 保護等級
• 動作温度は -30..+75 °C の範囲である必要があります。

長所と短所

の 磁歪トランスデューサの利点 以下のものが含まれます。

• これらの変換器は信頼性が高く、メンテナンスフリーであり、操作エラーと機械のダウンタイムの可能性を大幅に削減します
• 磁歪変換器は接触部がないため、長寿命です。
• これらは、固定接触トランスデューサと比較してより正確です。
• それらは、感度が高く、長距離検査、耐久性、実装の容易さなどを備えています。

の 磁歪トランスデューサの欠点 以下のものが含まれます。

• 磁歪変換器は高価です。
• 磁歪トランスデューサには物理的なサイズの制限があるため、約 30 kHz 未満の周波数での動作に制限されています。

アプリケーション

の 磁歪トランスデューサの応用 以下のものが含まれます。

• 位置測定には磁歪トランスデューサを使用しています。
• この変換器は、機械エネルギーを磁気エネルギーに変換する際に重要な役割を果たします。
  以前は、このデバイスは、トルク メーター、水中聴音器、ソナー スキャン デバイス、電話受信機などを含むさまざまなアプリケーションで利用されていました。
• 現在、高出力リニアモーター、騒音制御システムまたは能動振動、医療および産業用超音波、適応光学用ポジショナー、ポンプなどのさまざまなデバイスを作成するために使用されています。
• これらのトランスデューサは、主に手術器具、化学処理、材料処理、水中ソナーを製造するために開発されています。
• 磁歪トランスデューサは、機械の可動部分内の回転シャフトによって発生するトルクを測定するために使用されます。
• このトランスデューサ アプリケーションは 2 つのモードに分かれています。ジュール効果を意味し、もう 1 つはヴィラリ効果です。エネルギーが磁気から機械に変換されると、アクチュエータの場合は力を生成するために使用され、センサーの場合は磁場を検出するために使用できます。機械的エネルギーから磁気的エネルギーへの変換は、運動や力の検出に使用されます。

以上が磁歪トランスデューサの概要です。この変換器は、磁気弾性変換器とも呼ばれます。これらのトランスデューサは、非常に高い機械的入力インピーダンスを備えており、大きな静的および動的な力、加速度、および圧力の測定に適しています。これらは構造上の特徴が強く、これらのトランスデューサをアクティブ トランスデューサとして使用すると、出力インピーダンスが低くなります。ここであなたに質問があります。 磁歪 現象？