مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عددی و تجربی بر حساسیت حسگر نیروی استاتیکی با استفاده از ماده اَبَرمگنتواستریکتیو ترفنل- دی

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران
2 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
4 دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این پژوهش تاثیر پارامترهای موثر بر حساسیت حسگر نیروی مگنتواستریکتیو مورد بررسی قرار گرفته‌اند و یک حسگر نیروی مگنتواستریکتیو با حساسیت بسیار بالا طراحی و ساخته شده است. در ابتدا، مبانی عملکردی حسگرهای نیروی مگنتواستریکتیو ارائه شده است. سپس به طراحی مفهومی حسگر پرداخته شده و در خلال آن هندسه حسگر و مواد مورد نیاز در ساخت حسگر تعیین شدند. در قدم بعدی به اندازه‌گیری مشخصات هیسترزیس مغناطیسی مواد مورد استفاده و بهینه سازی خواص مغناطیسی پرداخته شده است. بدین منظور منحنی هیسترزیس مغناطیسی آهن کم کربن آنیل نشده و آهن کم کربن آنیل شده تحت شدت جریان‌های مختلف و همچنین منحنی هیسترزیس مغناطیسی میله ترفنل-دی نوع یکپارچه تحت شدت جریان‌ها و پیش‌بارهای مختلف اندازه‌گیری شده است. سپس، با استفاده از نتایج تجربی به دست آمده، شبیه سازی عددی با نرم‌افزار المان محدود انجام گرفته و پارامترهای هندسی موثر بر حساسیت حسگر بهینه سازی شدند. در انتها حسگر نیروی مگنتواستریکتیو ساخته شد و حساسیت و مشخصات عملکردی آن در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. حسگر ساخته شده دارای خطای خطی پذیری 8/2% کل بازه و حساسیت mV/N 0/51 می‌باشد که در مقایسه با حسگرهای مگنتواستریکتیو مشابه مقدار بالاتری را به خود اختصاص داده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical and Experimental Study on Sensitivity of Static Force Sensor Using Giant Magnetostrictive Material

نویسندگان English

shahed mirzamohammadi 1
mojtaba ghodsi 2
y hojjat 3
soheil talebian 4
چکیده English

In this article, the influences of different effective parameters on sensitivity of a magnetostrictive force sensor are investigated and then, a high sensitive magnetostrictive force sensor is designed and fabricated. Initially, the operational principles related to magnetostrictive force sensors are presented. Then, conceptual design of the sensor is illustrated and sensors geometry and applied materials are determined. In the next step, measurement of magnetic hysteresis and optimization of the magnetic properties through heat treatment are presented. To this end, magnetic hysteresis curves of not-annealed low carbon iron and annealed low carbon iron under different currents and magnetic hysteresis curve of bulk TERFENOL-D under different preloads and currents are obtained. Then, through numerical simulations using finite element method software, parameters affecting sensor sensitivity were identified and designed. Finally magnetostrictive force sensor is fabricated and its sensitivity and functional specifications are tested under different conditions. The magnetostrictive force sensor sensitivity and linearity error are found as 0.51mV/N and 2.8% FSO respectively, which is a higher value compared to similar magnetostrictive force sensors.

کلیدواژه‌ها English

Force Sensor
Magnetostrictive
Magnetoelasticity
TERFENOL-D
Magnetic Hysteresis