[发明专利]超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法及系统，采用信号测量单元测得的驱动线圈输入电流、探测线圈上的感应电压信号经过信号调理电路与AD采样进入DSP。DSP采用连续比较窗口比较的方法迅速获得工作过程中换能器棒材的磁场强度峰值和磁感应强度峰值，通过过零捕获电路产生的上升沿触发DSP中断启动计时器计时以获取磁场强度与磁感应强度之间的相位差，便可测得棒材在实际工作过程中棒材的振幅复数磁导率以及电磁损耗。本发明所采用的超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法，能够简便快捷的测量宽带超磁致伸缩换能器实际正常工作时的电磁损耗，快速反映不同驱动电流、驱动频率以及预应力对换能器振幅磁导率以及电磁损耗的影响。

技术领域

本发明涉及超磁致伸缩换能器测量领域，特别是一种超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法及系统。

背景技术

超磁致伸缩材料具有在交变磁场下应变高的特点，是一种新型的振动基础材料。其广泛应用于致动器，电声换能器等场合。由于超磁致伸缩材料具有相对较低的磁导率以及电导率，在交流磁化的过程中将产生磁滞损耗，涡流损耗与异常损耗，且随着驱动磁场频率与幅值的增加，电磁损耗增加，造成换能器温度的升高，棒材的应变减少，严重影响换能器的输出声功率，导致能量转换效率低下。

随着超磁致伸缩换能器的不断发展，对于换能器的电磁转换效率要求日益提高，传统的电磁损耗测量方法仅仅只是对于磁致伸缩材料低频下的测量，测量的对象均为环形的磁致伸缩材料，且多采用模拟电路以及示波器法等方法，这些方法由于对模拟电路元件的RC参数等要求较高，且受系统干扰的影响大，测量的频率范围受限，不能实时计算换能器正常工作时的电磁损耗，不能为换能器高电磁转换效率的设计提供帮助。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法及系统，更快速更精确更有效地测量超磁致伸缩换能器正常工况下的动态电磁损耗。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种超磁致伸缩换能器动态电磁损耗的测量方法，包括以下步骤：

检测超磁致伸缩换能器驱动线圈的驱动电流信号I_ac与探测线圈的感应电压信号U；

计算驱动电流信号I_ac与探测线圈的感应电压U的相位差θ；

获取驱动电流信号I_ac、探测线圈的感应电压信号U的最大值，结合相位差θ计算复数振幅磁导率以及电磁损耗。

相位差θ计算公式为：其中，f为驱动电流的频率，t_i为驱动电流信号上升沿时间，t_u为感应电压信号上升沿时间。

所述驱动电流信号I_ac的最大值获取过程包括：将连续采样的N个驱动电流信号I_ac1、I_ac2、……、I_acN存放到数组窗口I_ac[N]，采用先进先出的方法移动数组窗口，仅当I_acm大于数组窗口中任意一个驱动电流信号时，记录此时I_acm的值即为驱动电流信号的最大值I_acm；其中I_acm为第m次采样的驱动电流信号，1≤m≤N，且且N为奇数，m为(N+1)/2。

所述复数振幅磁导率的计算公式为：R_rod为磁致伸缩棒的半径，N_pick为探测线圈的总匝数；U_m为感应电压信号U的最大值；N_ac为驱动线圈的总匝数，I_acm为驱动电流最大值，l_rod为磁致伸缩棒的长度,f为驱动电流的频率。