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金屬片的磁致伸縮系數(shù)與其磁化狀態(tài)密切相關(guān)，其中磁化狀態(tài)是由偏置磁場(chǎng)的磁化效果決定的。金屬片的磁致伸縮系數(shù)越大，則金屬片扭轉(zhuǎn)應(yīng)變產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度變化越大，即逆磁致伸縮換能效率越大，從而直接影響感應(yīng)線圈輸出的電壓信號(hào)的幅值，因此在設(shè)計(jì)偏置磁場(chǎng)時(shí)，應(yīng)使金屬片周?chē)拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度足夠大，來(lái)保證較大的逆磁致伸縮換能效率。其中磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小主要與提供偏置磁場(chǎng)的永磁體的大小及擺放位置有關(guān)。本文通過(guò)有限元分析對(duì)比永磁體擺放的不同位置對(duì)感應(yīng)線圈周?chē)磐康挠绊懀瑥亩_定永磁體的最佳擺放位置。

一般，磁致伸縮位移傳感器中永磁體與感應(yīng)線圈的放置位置如圖1（a）所示，采用一個(gè)永磁體來(lái)構(gòu)成偏置磁場(chǎng)。為了提高線圈輸出的電壓信號(hào)性能，本文采用如圖1（b）中的放置方式，采用兩個(gè)永磁體來(lái)構(gòu)成偏置磁場(chǎng)，其中兩個(gè)永磁體的方向須擺放一致，若方向相反，則當(dāng)激勵(lì)電流產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)與兩個(gè)永磁體所產(chǎn)生的軸向磁場(chǎng)相遇也會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波，該扭轉(zhuǎn)波對(duì)位置磁鐵處發(fā)出的扭轉(zhuǎn)波會(huì)產(chǎn)生干擾，從而影響位移測(cè)量精度。下面通過(guò)ANSYS來(lái)進(jìn)行仿真分析圖1（a）與1（b）的兩種擺放方式下的偏置磁場(chǎng)特性，來(lái)更好的說(shuō)明本文所采用的方式具有一定的優(yōu)勢(shì)。

采用ANSYS對(duì)偏置磁場(chǎng)進(jìn)行二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析，通過(guò)GUI方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先建立永磁體模型，將其簡(jiǎn)化為長(zhǎng)5mm,寬3mm的矩形，兩永磁體的間距為20mm,材料選用牌號(hào)為N50M的釹鐵硼，剩磁為1450mT,矯頑力為1114KA/m,相對(duì)自動(dòng)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)劃分。最后進(jìn)行計(jì)算求解，可得到永磁體周?chē)拇磐ǚ植继匦?，如圖2所示。

由圖2永磁體周?chē)磐康臄?shù)據(jù)可知，對(duì)比兩種不同放置方式，圖（b）的放置方式中的線圈周?chē)拇磐?磁感應(yīng)強(qiáng)度）明顯高于圖（a）的，從而可知本文采用的兩個(gè)永磁體對(duì)稱(chēng)放置方式使得線圈輸出的電壓性能更好。

兩種放置方式下永磁體周?chē)磐ǚ植继匦?/span>