超磁致伸縮材料(Giant magnetostrictive material, GMM)是一種響應(yīng)快、應(yīng)變大、能量密度高的新型功能材料,廣泛應(yīng)用于傳感、能量轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵元器件中。特別是在某些實際應(yīng)用中(例如航天器服役環(huán)境),GMM需要工作于低溫環(huán)境,其低溫下的力-磁行為越來越引起人們的關(guān)注。本文基于實驗室自主搭建的低溫力-磁加載實驗裝置,利用光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating,FBG)低溫應(yīng)變測量方法與GMM磁致伸縮特性,開展了磁致伸縮-光纖光柵磁場傳感結(jié)構(gòu)在兩種低溫環(huán)境273K和77K下的力-磁特性實驗,獲得了GMM在預(yù)應(yīng)力和外加磁場下的應(yīng)變特征。研究結(jié)果表明:溫度對GMM力-磁性能有顯著影響,相對于室溫(293K)和273K,GMM在77K下的磁致應(yīng)變減小一個數(shù)量級;預(yù)壓力對GMM磁致伸縮增強(qiáng)效果大大減弱。進(jìn)一步,采用FBG測試部分的懸空結(jié)構(gòu)設(shè)計,實現(xiàn)FBG-GMM磁場傳感器性能的有效增敏,相比傳統(tǒng)粘貼型FBG磁場傳感器,測量敏感系數(shù)提高約7倍,可用于低溫環(huán)境下的磁場高靈敏監(jiān)測。

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【部分圖文】：

圖1FBG-GMM低溫下的測試裝置示意圖

為了高效地開展相關(guān)的性能測試與標(biāo)定實驗,我們自主設(shè)計并搭建了低溫測試裝置,包括低溫恒溫箱體、預(yù)應(yīng)力施加系統(tǒng)、外加磁場、傳感信號采集與處理系統(tǒng)等(如圖1),可實現(xiàn)不同低溫環(huán)境下的預(yù)壓力和磁場施加。同時,為了進(jìn)行傳感結(jié)構(gòu)的波長與磁場轉(zhuǎn)化系數(shù)標(biāo)定,我們基于Labview軟件和NI硬件數(shù)....

圖3電磁體磁場-電流關(guān)系

實驗測試中的外加磁場是通過電磁體實現(xiàn)的,相關(guān)的縱向磁場與載流的勵磁測試結(jié)果參見圖3。可以看出,電磁體產(chǎn)生的磁場與通電電流呈理想的線性關(guān)系,電流精確控制到0.01A,對應(yīng)的磁場可控精度為0.4Gs。其次,我們進(jìn)行了冷卻過程中的結(jié)構(gòu)變形特征測量,圖4為降溫過程中3根FBG的波長漂移變....

圖2FBG-GMM傳感器結(jié)構(gòu)示意圖和實體圖

為對比不同結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈敏度和有效性,我們采用了兩種光纖光柵的裝配方式,實驗室制備了FBG-GMM磁場傳感,結(jié)構(gòu)如圖2所示。一種設(shè)計是將光纖粘貼于GMM凹槽中,形成直接粘貼式FBG-GMM傳感結(jié)構(gòu)(FBG1、FBG2),FBG粘貼區(qū)約為10mm,所測GMM變形區(qū)與其柵區(qū)一致;另一....

圖4液氮降溫過程中FBG波長漂移

圖3電磁體磁場-電流關(guān)系(2)FBG-GMM磁響應(yīng)測試

本文編號：3940574