鲁 军 李园君 常 强

(沈阳理工大学自动化与电气工程学院 沈阳 110159)

1 引言

材料世界一直是研究领域中令人兴奋且充满挑战的领域，随着航空航天、国防、汽车和工业部门对更先进和创新材料的需求越来越多，新一代材料比现有的常规结构和功能材料具有更好的性能。磁控形状记忆合金(Magnetically controlled shape memory alloy，MSMA)材料不仅具有磁感生应变特性，同时还具有可逆特性，在外部机械力作用下产生形变进而引起材料磁导率的改变，磁导率的改变又将引起材料的应变以及感应电压等相关物理量的变化，这为MSMA 材料应用于传感器提供了机理支持[1-2]。

本文将通过理论计算以及运用ANSYS 软件对磁路模型进行仿真计算，传感器磁路结构的设计及相关参数的选取将影响传感器的感应电压及励磁功率，为能够设计出性能优良的传感器，本文对传感器结构进行优化设计并开展试验研究。

2 MSMA 的传感器数学模型

根据磁控形状记忆合金的逆效应机理和法拉第电磁感应定律，分析MSMA 的磁路模型，建立传感器的数学模型[3-4]。

感应线圈的磁通量表达式为

根据感应电压微分方程

激振力和应力存在如下的关系式

经推导，感应电压ue的表达式为

其感应电压峰峰值Ue为

式中，ΦM表示通过MSMA 材料的磁通，其磁场方向垂直于材料的变形方向；N表示线圈匝数；FM表示激振力的振幅；BM表示偏置磁场；ε表示元件的变形量；σ表示对MSMA 元件施加的压力；w表示振动频率；SMSMA表示磁控形状记忆合金的横截面积；σ0表示对材料施加的预压力；……