磁致伸縮式換能器利用了磁致伸縮效應,這時特定合金材料結晶結構的物理特性,即某些鐵磁體及其合金,以及某些鐵氧體中的磁疇,在其自發(fā)磁化方向上的長度可能與其它方向上的不同。
1、磁致伸縮式換能器的原理
當有外加方向趨于一致,從而使該材料沿外磁場方向的長度將發(fā)生變化,表現(xiàn)為彈性應變(當然,這種變形引起的應變是很小的,約在10-5~10-6之間)。這種現(xiàn)象即是磁致伸縮效應。相反,具有磁致伸縮效應的材料在經(jīng)受外加應力或應變時,其磁化強度也會發(fā)生改變,此即為逆磁致伸縮效應。
這樣,在對磁致伸縮材料施以交變磁場時,該材料將沿磁力線方向發(fā)生磁致形變,從而可以在與它表面緊密接觸的介質(zhì)中激發(fā)出機械振動波-。同樣,利用逆磁致伸縮效應則可達到接收超聲波的目的:施加到磁致伸縮材料上的應變(彈性應力-超聲波作用力)將使處在外加磁場中的該材料其磁場的磁通密度發(fā)生變化(此即所謂磁彈性效應),從而使位于該材料表面上的檢測線圈中將因磁通密度變化而產(chǎn)生感應電勢,可以用作磁彈性效應的信號,達到接收超聲波的效果(注意磁場方向應和應力方向-超聲波產(chǎn)生的質(zhì)點振動方向一致)。
2、磁致伸縮的狀態(tài)介紹
根據(jù)磁致伸縮的變化狀態(tài),可以分為:
[1]線型磁致伸縮:在發(fā)生應變時,材料的體積不變,但在長度方向上伸縮變化的程度大,這是磁致伸縮式主要應用的類型。但是,它只能在居里溫度以下的情況發(fā)生,若溫度超過居里點后將只能存在體積型磁致伸縮。
[2]體積型磁致伸縮:在發(fā)生應變時,材料的體積也會發(fā)生變化。
3、磁致伸縮式換能器的材料
常用于磁致伸縮式換能器的材料有金屬鎳、金屬鈷、鐵鈷合金、鐵鎳合金、鎳鐵氧體、鎳鋅鐵氧體、鎳銅鐵氧體等。
4、磁致伸縮式換能器的應用
磁致伸縮式換能器主要用于低頻大功率的場合,這與其頻率受限制和受特性參數(shù)限制的因素有關,它特別是在功率超聲應用領域中有著廣泛應用,其特點主要是機械強度高,性能穩(wěn)定,水密要求低(不會水解)。但是,它的渦流和磁滯損耗較大,電聲轉(zhuǎn)換效率不如壓電式換能器,而且通常需要有較大的激勵電能以用于大功率場合。
需要注意的是,在施以交變磁場時,由于趨膚效應的影響會使透入深度受到限制,因此這種磁致伸縮效應所波及的范圍僅限于材料表面。在產(chǎn)生超聲波時,超聲波的強弱取決于材料表層交變磁場的強度,此外,傳聲介質(zhì)與材料表面接觸的緊密程度(聲耦合)也極為重要。