超声波流量计探头及换能器原理 五十一

为了获得无失真的能量转换，我们同样可以采用极化系统，即在原铁磁体上沿轴向另外施加一个稳恒磁场（即极化磁场或称偏置磁场），用B∥和B分别表示极化磁感应强度和简谐交变磁感应强度，则有：Tm= γ（B∥+ B）2= γ（B∥2+2B∥B+B2）= γ（B∥2+2B∥Bm·cosωt+Bm2·cos2ωt）= γ[B∥2+2B∥Bm·cosωt+（Bm2/2）（1+cos2ωt）]= γ[B∥2+（Bm2/2）]+2γB∥Bm·cosωt+（Bm2cos2ωt/2）式中第一项为恒定应力，它对激发超声波是不起作用的，第二项为用于激发超声波的交变应力，第三项是畸变部分。当我们取B∥»Bm时可将第三项忽略不计。

这样，我们可以把磁致伸缩应力与交变磁感应强度的关系写成：T=2γB∥Bm·cosωt=（2γB∥）Bm=σ（B∥）·B式中的σ（B∥）=2γB∥称为磁致伸缩应力常数。

同样，我们可以得到在自由状态下磁致伸缩应变与磁感应强度的关系：S=β（B∥）·B式中的β（B∥）=2CB∥为磁致伸缩应变常数，它与材料有关并与对材料施加的恒定磁感应强度B∥成正比，C为沿磁场方向和伸缩方向的弹性模量。由于T=CS，因此σ（B∥）=Cβ（B∥）

 [2]反向线型磁致伸缩效应

被磁化（被极化）的细棒形铁磁材料在受到交变应力作用时发生交变应变，则会引起该棒的磁化状态（磁通密度）发生变化，此即反向线型磁致伸缩效应（正向线型磁致伸缩效应的逆效应），其应变Sl与附加磁场强度的关系有：H=λ（B∥）·Sl式中的λ（B∥）=4πσ（B∥）称为反向磁致伸缩常数。这种效应即是磁致伸缩式换能器接收超声信号的原理。

超声波流量计