طراحي، ساخت و بررسي رفتار ترانسديوسر رزونانسي پيچشي مگنتواستريكتيو

Design, fabrication and characterization of resonant torsional magnetostrictive transducer

در اين مقاله يك ترانسديوسر پيچشي مگنتواستريكتيو جديد معرفي مي‌شود. اين ترانسديوسر از يك كله‌گي مگنتواستريكتيو، يك قطعه پشت بند فولادي و يك محفظه در بر گيرنده تشكيل شده است. در اين ترانسديوسر، يك ميدان مغناطيسي مارپيچ كه از دو مولفه محوري و محيطي تشكيل شده است، به كله‌گي اعمال مي‌شود. در نتيجه، كله‌گي بر اساس "اثر ويدمن" در مواد مگنتواستريكتيو دچار تغيير شكل پيچشي مي‌شود. كله‌گي از ماده پرمندور تشكيل شده است كه يك ماده همسانگرد مغناطيسي مي‌باشد. در اين مقاله معادلات ديفرانسيل ارتعاشات پيچشي ترانسديوسر نوشته شده و يك ترانسديوسر پيچشي مگنتواستريكتيو با فركانس رزونانس 12075 هرتز طراحي شده است. فركانس رزونانس و شكل مود طبيعي ارتعاشي ترانسديوسر از لحاظ تيوري، عددي و تجربي بررسي شده و با هم مقايسه مي‌شود. اثر پارامترهاي مهم بر عملكرد ترانسديوسر مانند ميدان محوري و محيطي و همچنين اثر پيش بار پيچشي مورد بررسي قرار گرفته است و نقطه كار بهينه ترانسديوسر مشخص شده است. با توجه به اينكه اكثر ترانسديوسرهاي مورد استفاده در صنعت از نوع طولي بوده و ترانسديوسرهاي پيچشي پيزوالكتريكي به علت برخي از نقاط ضعف و محدوديت ها كاربرد چنداني در صنعت پيدا نكرده اند، لذا اين نوع جديد از ترانسديوسرهاي پيچشي مي‌تواند انتخاب مناسبي براي كاربردهاي صنعتي باشد.

In this paper, a novel transducer called Magnetostrictive Torsional Resonant Transducer (MTRT) is introduced. The transducer is composed of a magnetostrictive horn, a stainless steel backing and housing. In this transducer a spiral magnetic field, made up of longitudinal and circumferential components, is applied to the magnetostrictive horn. As a result, the magnetostrictive horn oscillates torsionally according to the Wiedemann effect. The magnetostrictive horn is made of "2V permendur", which has isotropic magnetic properties. The differential equations of the torsional vibration of the transducer are derived, and the transducer is designed for a resonant frequency of 12075 Hz. Natural frequency and mode shape of the transducer are considered theoretically, numerically, and experimentally. The effects of important parameters such as axial and circumferential magnetic fields, and torsional prestress on the torsional displacement of the MTRT are considered, and the optimum working point is determined. These are promising features for industrial applications.