超声波流量计探头及换能器原理  五十

下面我们只介绍与磁致伸缩式电声换能器关系密切的特性：

[1]正向线型磁致伸缩效应

在外磁场作用下，细棒形铁磁材料沿磁力线方向发生长度变化（伸长或缩短）的现象称为正向线型磁致伸缩效应。该效应的一个重要特点是它的相对形变仅与磁场大小有关，而与磁场方向无关，即：相对形变△l/l=φ（H2）或△l/l=ψ（B2）

实验表明，在不太大的范围内，上述函数φ或ψ可以认为是线性函数，即：△l/l∝B2由胡克定律可知，应力与应变成正比，则有：Tm=γB2 （式中γ为比例系数，Tm为磁致伸缩应力）此外：假定应变S=△l/l，应力T=CS，C为杨氏弹性模量。

注意：△l/l是磁致伸缩材料的重要性能参数之一，△l/l越大，表明材料的磁致伸缩效应越强。

不同的磁致伸缩材料在磁场中有不同的表现，如图4.4为某些材料的磁致伸缩曲线，表示这些材料在恒定磁场中相对长度伸缩与磁场强度的关系。由图中可见，当磁场增强时，铁铝合金（87%Fe，13%Al）等伸长，纯镍缩短，而纯铁则先伸长后缩短。

在图4.5中，当线圈通入圆频率为ω的交变电流时，铁磁体将在交变磁感应强度的作用下发生伸缩振动，此时：B=Bm·cosωt故：Tm=γB2=γBm2·cos2ωt=γBm2[（1/2）（1+cos2ωt）]=（γBm2/2）+（γBm2/2）cos2ωt

这表明交变应力Tm的频率是输入信号频率的两倍，如同前面章节中述及的电磁式换能器的情况，这将导致信号“失真”。

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