超聲波流量計探頭及換能器原理  五十

下面我們只介紹與磁致伸縮式電聲換能器關系密切的特性：

[1]正向線型磁致伸縮效應

在外磁場作用下，細棒形鐵磁材料沿磁力線方向發生長度變化（伸長或縮短）的現象稱為正向線型磁致伸縮效應。該效應的一個重要特點是它的相對形變僅與磁場大小有關，而與磁場方向無關，即：相對形變△l/l=φ（H2）或△l/l=ψ（B2）

實驗表明，在不太大的范圍內，上述函數φ或ψ可以認為是線性函數，即：△l/l∝B2由胡克定律可知，應力與應變成正比，則有：Tm=γB2 （式中γ為比例系數，Tm為磁致伸縮應力）此外：假定應變S=△l/l，應力T=CS，C為楊氏彈性模量。

注意：△l/l是磁致伸縮材料的重要性能參數之一，△l/l越大，表明材料的磁致伸縮效應越強。

不同的磁致伸縮材料在磁場中有不同的表現，如圖4.4為某些材料的磁致伸縮曲線，表示這些材料在恒定磁場中相對長度伸縮與磁場強度的關系。由圖中可見，當磁場增強時，鐵鋁合金（87%Fe，13%Al）等伸長，純鎳縮短，而純鐵則先伸長后縮短。

在圖4.5中，當線圈通入圓頻率為ω的交變電流時，鐵磁體將在交變磁感應強度的作用下發生伸縮振動，此時：B=Bm·cosωt故：Tm=γB2=γBm2·cos2ωt=γBm2[（1/2）（1+cos2ωt）]=（γBm2/2）+（γBm2/2）cos2ωt

這表明交變應力Tm的頻率是輸入信號頻率的兩倍，如同前面章節中述及的電磁式換能器的情況，這將導致信號“失真”。

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