【摘要】：我國擁有約6500萬噸的稀土儲量,占世界稀土總儲量的23%,是公認的世界第一大稀土資源存儲國,稀土行業(yè)的快速發(fā)展使得我國承擔了全世界9成的稀土供應(yīng)。稀土材料作用廣泛,常應(yīng)用于軍工機械、石油化工、玻璃陶瓷、微機電子等現(xiàn)代工程制造領(lǐng)域。作為稀土材料的一個重要分支,超磁致伸縮材料也緊跟整個稀土行業(yè)發(fā)展而得到的許多知名高校、科研院所的廣泛研究以及高科技商業(yè)公司的制造應(yīng)用。超磁致伸縮材料(GMM)具有居里溫度高、能量密度大、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于微泵、制動器以及傳感器的設(shè)計。本文基于維拉里效應(yīng),提出一種基于GMM的聲音傳感器的新結(jié)構(gòu)并針對1.6L電控燃油噴射發(fā)動機的應(yīng)用需求進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,設(shè)計了一款超磁致伸縮薄膜聲音傳感器,解決了發(fā)動機的故障檢測方法繁瑣、檢測步驟冗繁的難題。首先,系統(tǒng)的闡述了超磁致伸縮薄膜聲音傳感器的性能需求,確定了傳感器的工作流程,并基于維拉里效應(yīng),對其工作原理進行了理論分析,在理論上驗證了基于GMM研制聲音傳感器的可行性。其次,因超磁致伸縮薄膜聲音傳感器的工作原理涉及多個物理場,采用COMSOL Multiphysics軟件進行多物理場耦合分析,仿真驗證了設(shè)計的超磁致伸縮薄膜的合理性。仿真過程共分四層:分別是聲波信號轉(zhuǎn)換成壓力作用于超磁致伸縮薄膜,壓力迫使薄膜發(fā)生形變,形變使得薄膜內(nèi)磁疇的磁化強度發(fā)生改變,進而,在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流。根據(jù)人耳感知的聲音頻域范圍(20～20000Hz),仿真出超磁致伸縮薄膜在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)的應(yīng)變曲線。最后,根據(jù)1.6L電控燃油噴射發(fā)動機結(jié)構(gòu)的參數(shù),設(shè)計出一款用于檢測發(fā)動機故障的超磁致聲音薄膜聲音傳感器。為驗證設(shè)計的聲音傳感器可正常工作于發(fā)動機的高壓和強振的工作環(huán)境,采用了有限元法對所設(shè)計的聲音傳感器進行靜力學分析、模態(tài)分析以及隨機振動分析,分析結(jié)果顯示:所設(shè)計的傳感器能滿足使用條件。
[Abstract]:China has about 65 million tons of rare earth reserves, accounting for 23% of the world's total rare earth reserves, and is recognized as the world's largest rare earth resource storage country. The rapid development of rare earth industry has made China assume 90% of the world's rare earth supply. Rare earth materials are widely used in modern engineering manufacturing fields, such as military machinery, petrochemical industry, glass ceramics, microcomputer electronics and so on. As an important branch of rare earth materials, giant magnetostrictive materials also follow the development of rare earth industry in many well-known universities, research institutes and manufacturing applications of high-tech commercial companies. Giant magnetostrictive material (GMM) has been widely used in the design of micropumps, brakes and sensors because of its high Curie temperature, high energy density and fast response. Based on the Velari effect, a new structure of sound sensor based on GMM is proposed in this paper. According to the application demand of 1.6L electronically controlled fuel injection engine, a giant magnetostrictive thin film sound sensor is designed. The method of engine fault detection is cumbersome and the detection steps are complicated. Firstly, the performance requirements of the giant magnetostrictive thin film sound sensor are systematically described, and the working flow of the sensor is determined. Based on the Velari effect, the working principle of the sensor is analyzed theoretically. The feasibility of developing sound sensor based on GMM is verified theoretically. Secondly, because the working principle of giant magnetostrictive thin film sound sensor involves multiple physical fields, the coupling analysis of multiple physical fields is carried out with COMSOL Multiphysics software, and the rationality of the designed giant magnetostrictive thin film is verified by simulation. The simulation process is divided into four layers: the acoustic signal is converted into a pressure acting on the giant magnetostrictive thin film, the pressure forces the film to deformation, the deformation causes the magnetization of the magnetic domain in the thin film to change, and then the magnetization of the magnetic domain in the film is changed. The corresponding induced current is generated in the induction coil. The strain curves of giant magnetostrictive thin films in the set frequency range are simulated according to the audio frequency domain (20~20000Hz) of human ears. Finally, according to the structural parameters of 1.6L electronically controlled fuel injection engine, a supermagnetically induced sound thin film sound sensor is designed to detect engine faults. In order to verify that the designed sound sensor can work normally in the working environment of high pressure and strong vibration of the engine, the static analysis, modal analysis and random vibration analysis of the designed sound sensor are carried out by using the finite element method. The analysis results show that the designed sensor can meet the operating conditions.
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK407;TP212.9

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本文編號：2460275