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基于磁控形状记忆合金逆特性的微位移传感器研究

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摘要

1.1 课题来源

1.2 研究的背景及意义

1.3 国内外研究现状与应用现状

1.3.1 磁控形状记忆合金的研究现状

1.3.2 磁控形状记忆合金的应用研究现状

1.3.3 国内外对智能材料传感器的研究现状概况

1.4 研究内容

1.5 章节安排

2.1 引言

2.2 MSMA合金的微观机制及变形机理

2.2.1 Ni2MnGa合金的结构

2.2.2 马氏体相变

2.2.3 磁控形状记忆合金的变形机理

2.3 磁控形状记忆合金的形状记忆效应

2.3.2 MSMA的磁控形状记忆效应

2.4 磁控形状记忆合金的特性

2.4.1 磁控形状记忆合金的正特性

2.4.2 磁控形状记忆合金的逆特性

2.5 本章小结

第三章 MSMA微位移传感器的传感机理与实验

3.1 引言

3.2 MSMA传感器工作原理

3.2.1 磁导率与电感的关系

3.2.2 电感与频率的关系

3.3 内置MSMA元件的LC振荡器

3.3.1 自激式振荡器

3.3.2 LC振荡回路

3.4 电路仿真

3.5 MSMA微位移传感器的实验

3.5.1 实验设计方案

3.5.2 系统设计方案

3.6 实验结果分析

3.7 本章小结

第四章 基于HFLANN的MSMA微位移传感器的动态建模

4.1 引言

4.2 MSMA材料的迟滞非线性现象

4.3 HFLANN迟滞函数链接型人工神经网络的结构

4.3.1 迟滞算子

4.3.2 HFLANN的结构

4.4 系统辨识优化

4.5 MSMA微位移传感器动态辨识结果

4.6 本章小结

5.1 全文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

读硕士学位期间发表的论文及专利

读硕士学位期间参加的科研项目

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摘要

以智能材料为基础的应用技术已经成为当今研究热点,许多国家已将其列为优先突破的技术。磁控形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy,MSMA)是一种近些年来才被发现的新型智能材料,该材料在磁场的作用下具有响应速度快、重复性好、磁感生应变和输出应力较大等优点,用作传感器的敏感元件具有巨大的应用发展前景。目前国内外对MSMA材料的应用研究主要集中于驱动器领域,在传感器领域的研究较少,以MSMA为基础的传感技术及器件有待于进一步研究。为此,本文以MSMA为研究对象,探索了一种新型智能微位移传感器。主要研究内容如下:
  (1)对MSMA材料微观结构及变形机理进行了分析研究,在此基础上建立了MSMA微位移传感器的微观机制;为了解决基于MSMA的微位移传感器传感信号难以分离和提取的难题—传感信号存在多场耦合而难以分离,提出了基于频率的微位移测量方法,以LC振荡电路频率模型为基础,开发了基于外部LC振荡频率检测MSMA元件形变量的微位移传感器原型机。相关的仿真及实验证明,该MSMA微位移传感器具有系统结构简单、干扰信号少的特点。
  (2)针对MSMA微位移传感器输出具有迟滞非线性的特点,在实验数据样本的基础上,利用迟滞函数链接型人工神经网络(HFLANN)建立了传感器的动态模型,并采用一种改进的粒子群算法来优化系统辨识,减小系统误差。
  研究表明该传感器具有结构简单、误差较小和较高的传感灵敏度的特点,同时也为MSMA应用于新型智能传感器领域提供了新的方法与思路。

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