测试技术是实验科学的重要组成部分,通过测试研究超磁致伸缩致动器各特征参量之间的相互关系,检验和修正理论模型,对于超磁致伸缩致动器的设计、控制及相关特性研究有着十分重要的意义。常用的测试方法主要有两种,即传统测试方法和计算机测试方法。
传统测试方法是指利用传统仪器测量致动器各特征参数,并人工记录实验数据的测试方法。目前,传统测试方法主要应用于对GMA磁致伸缩系数和磁场强度的测试。其中,磁致伸缩系数测量方法主要包括电阻应变片法、差动电容法、迈克尔逊干涉法和微位移传递法。中北大学的曲双如比较了这四种测量方法,分别指出了每种方法的优势和不足,为不同条件下最优实验方案的选取提供了依据[138]。
在此基础上,为更方便地完成超磁致伸缩致动器特征参量的测试,研究人员还对传统的测试方法进行了改进,发明了各种专用的磁致伸缩测量仪器。河北工业大学的翁玲等设计了超磁致伸缩应力测试仪,该测试仪利用GMM自身应力应变与磁场间的复杂关系,通过测量致动器的应变即可求出应力的大小[139]。吉林大学的王冬梅研制了一种基于微位移传递原理的超磁致伸缩测量仪,该系统利用螺管式电磁铁测量磁场,微位移传感器测量位移,并通过两个数字仪表实时显示测量值。图1-27所示为该测量仪的实物图[140]。
图1-27 磁致伸缩参数测量仪实物图
此外,为满足不同工作状态下超磁致伸缩致动器的测试需求,相关研究人员对传统测试方法进行了改进,拓展了传统测试方法的适用范围。浙江大学的傅龙珠设计了一种超磁致伸缩致动器测试系统,该测试系统综合运用传感器、功率放大器、示波器等多种仪器设备,可完成超磁致伸缩致动器的静动态测试实验[141]。另外,针对超磁致伸缩致动器其他参数的测试,国内外也进行了大量有益的探索。20世纪80年代,英国布莱顿大学就完成了磁致伸缩动态参数测量系统的设计,可手动实现对GMM杨氏模量、阻抗特性等参数的测试。
传统测试方法研究起步较早,发展也较为成熟,其优点是测试系统搭建过程相对简单,操作也较为容易。但是,由于测量仪器的限制,传统测试方法普遍存在精度较低、人工记录数据工作量大、测试效率低、实验数据少、测量参数不够全面等不足。随着计算机技术的发展,出现了很多以计算机为控制中枢的自动测试系统,既能实现对信号的检测,又能对所获得的数据进行分析处理,提取有用信息,因而在近些年得到了快速发展。
计算机测试方法利用传感器采集超磁致伸缩致动器的特征参数,采用特定的数据通信方法将采集到的数据传入计算机,通过事先编写的测试软件对数据进行显示、存储、分析等操作,进而获得超磁致伸缩致动器的相关特性分析结果,具有采集数据量大、精度高、处理分析速度快等优点。
北京航空航天大学的王庆华等提出了一种基于虚拟仪器的磁致伸缩系数测试方法,该测试系统分别使用电阻应变片和霍尔探头采集致动器的应变和磁场信号。计算机作为整个系统的核心,不仅可以接收传感器信号,还可以实现对系统温度和磁场的控制,具有较大的借鉴意义。图1-28所示为该系统的原理简图[142]。(www.xing528.com)
图1-28 磁致伸缩系数测量方法原理简图
河北工业大学的胡爱娣设计了一种基于虚拟仪器的超磁致伸缩致动器输出特性测试方法[143]。该测试系统采用自制的四路并行PCI数据采集卡,通过VC++和MATLAB混合编程开发了测试系统软件,可实现对致动器输入电流和输出应变的实时采集以及对致动器静、动态特性的分析,其总体结构如图1-29所示。
图1-29 GMA输出特性虚拟测试系统的总体结构
东北大学的李东设计了针对超磁致伸缩非圆截面车削加工刀架的测试系统,如图1-30所示[144]。该系统在顶杆位置处安装位移传感器,通过动态采集器将采集到的数据输入计算机。该测试系统能够测试预应力、激励电流、磁场强度等因素对致动器磁致伸缩系数的影响,并完成相应的时域和频域分析,具有较高的集成度和自动化程度。
图1-30 非圆截面加工系统测试流程图
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