维拉里效应、磁致弹性效应——磁致伸缩的逆现象

维拉里效应 以意大利物理学家的名字命名 埃米利奥维拉里谁在 1865 年发现了这种现象。这种现象也被称为 磁弹效应……它的物理本质在于磁导率的变化,以及铁磁体在由这些铁磁体制成的样品的机械变形过程中的相关磁性。这项工作是基于这个原则 磁弹性测量传感器。

移除磁滞回线

例如,看 滞环 Permaloid 和镍在这些材料制成的机械应力样本的操作条件下。因此,当拉伸镍样品时,随着拉伸应力的增加,磁滞回线会倾斜。这意味着镍被拉伸得越多,其磁导率就越低。镍的抗拉强度也降低。而坡莫合金则相反。

坡莫合金和镍磁滞回线

当坡莫合金样品被拉伸时,其磁滞回线的形状接近矩形,这意味着坡莫合金的磁导率在拉伸过程中增加,残余电感也增加。如果应力从拉伸变为压缩,则磁参数变化的符号也会反转。

铁磁体在形变下表现维拉里效应的原因如下。当机械应力作用在铁磁体上时,它会改变其畴结构,即畴边界移动,它们的磁化矢量旋转。这类似于用电流磁化磁芯。如果这些过程的方向相同,则磁导率增加,如果过程的方向相反,则磁导率降低。

维拉里效应是可逆的,因此得名 反磁致伸缩效应……直接磁致伸缩的作用在于铁磁体在施加磁场的作用下发生变形,这也导致畴边界的位移,导致磁矩矢量的旋转,而晶格由于原子从其原始位置的位移,其节点的平衡距离发生变化,物质的能量状态发生变化。晶格变形,因此对于某些样品(铁、镍、钴、它们的合金等),伸长率达到 0.01。

所以, 磁致伸缩 — 某些铁磁金属和合金在磁化过程中变形(收缩或膨胀)的特性,相反,在机械变形过程中改变磁化强度。

这种现象被用于实现磁致伸缩谐振器,其中在交变磁场的作用下发生机械共振。磁致伸缩谐振器可用于高达 100 kHz 甚至更高的频率,并且在这些频率下,它们发现了用于接收超声波等的频率稳定(类似于压电石英)的各种应用。

从磁弹性效应的角度来看,材料可以用这样的参数来表征: 磁弹性系数…它被定义为物质相对磁导率的变化与其相对应变或施加的机械应力的比率。并且由于长度的相对变化和机械应力是相关的 胡克定律,则系数通过杨氏模量相互关联:

胡克定律和杨氏模量

材料在变形过程中磁导率的变化可以使用感应测量(感应或互感转换)转换为电信号。

已知等截面闭合磁路中线圈的电感可由下式求得:

等截面闭合磁路中的线圈电感

如果现在磁路在某种外力的作用下发生变形,那么磁路(线圈铁心)的几何尺寸和导磁率都会发生变化。因此,机械变形改变了线圈的电感。可以使用微分计算电感的变化:

改变线圈的电感

具有高度显着的维拉里效应的铁磁材料允许采取:

电感变化

对于互感测量转换,改变线圈的互感:

改变线圈的互感

Villari 效应用于现代磁弹性测量传感器它允许您测量各种物体的显着力和压力、机械应力和变形。

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