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1磁致伸缩原理1

1.1磁致伸缩效应及其唯象理论1

1.1.1磁致伸缩效应1

1.1.2磁致伸缩的唯象理论2

1.1.3自发磁致伸缩的计算6

1.2磁致伸缩的微观理论8

1.2.1铁磁体的磁致伸缩起源8

1.2.2磁致伸缩的原子模型11

1.2.3磁致伸缩的单离子模型13

1.3磁致伸缩的影响因素14

1.3.1磁弹性能15

1.3.2温度对磁致伸缩的影响17

1.3.3合金成分对磁致伸缩的影响18

参考文献21

2磁致伸缩材料23

2.1磁致伸缩材料的发展历程23

2.2铁基合金26

2.2.1铁-镓合金26

2.2.2铁-（铝，铍）合金30

2.2.3铁-镓-（铝，铍）合金33

2.2.4过渡金属及其氧化物37

2.3稀土金属与稀土-锌金属化合物39

2.3.1稀土金属及合金39

2.3.2稀土-锌金属化合物44

2.4稀土-铁二元金属化合物48

2.5铽-镝-铁金属化合物52

2.5.1铽-镝-铁合金的结构与磁致伸缩52

2.5.2元素替代对铽-镝-铁合金的结构与磁致伸缩的影响56

2.5.3（Tb0.25 Dy0.65 Pr0.1）-Fe合金的磁致伸缩60

2.6钐-（镝，镨）-铁合金的磁致伸缩62

2.6.1钐-镝-铁合金的磁致伸缩性能63

2.6.2钐-镨-铁合金的磁致伸缩性能68

2.7磁致伸缩薄膜材料72

2.8磁致伸缩复合材料74

参考文献82

3合金相图与材料制备87

3.1合金相图88

3.1.1铁基合金相图88

3.1.2稀土-铁二元系合金相图94

3.1.3稀土三元系合金相图101

3.1.4稀土多元系合金相图108

3.1.5 Sm-R-Fe-Co四元系相图112

3.2磁致伸缩材料制备技术121

3.2.1布里吉曼法（Bridgman）122

3.2.2浮区法（float zone）123

3.2.3丘克拉尔斯基法（Czochralski）128

3.2.4烧结法131

3.2.5黏结法134

3.2.6氢化-歧化-脱氢法（HDD法）136

3.3薄膜磁致伸缩材料的制备技术139

3.4磁致伸缩材料的热处理141

参考文献146

4磁致伸缩材料的测试技术150

4.1静态磁特性及电阻测试150

4.1.1磁致伸缩150

4.1.2磁感应强度155

4.1.3磁导率的测量156

4.1.4电阻的测量157

4.2动态磁性能测量158

4.2.1增量磁导率158

4.2.2动态磁致伸缩系数160

4.2.3柔顺系数164

4.3阻抗频率特性和磁机械耦合系数165

4.3.1阻抗频率特性165

4.3.2磁机械耦合系数167

4.4薄膜材料的磁致伸缩特性测试171

参考文献172

5磁致伸缩材料的应用174

5.1磁致伸缩材料和压电陶瓷材料（PZT）的对比174

5.2磁致伸缩材料在磁（电）-声换能器中的应用176

5.2.1水声换能器176

5.2.2大功率超声换能器179

5.2.3用于扬声器的磁致伸缩电声换能器180

5.3磁致伸缩材料在磁（电）-机械致动器中的应用181

5.3.1精密致动器181

5.3.2大量程致动器184

5.3.3流量控制阀与燃料注入系统186

5.4磁致伸缩材料的其他应用188

5.5磁致伸缩薄膜材料的应用193

5.5.1器件原理193

5.5.2超声微马达195

5.5.3流体控制器196

5.5.4微型行走机械197

参考文献198

6磁致伸缩器件的设计200

6.1器件的工作特点200

6.2器件的结构特点202

6.2.1器件的主要结构202

6.2.2器件设计的关键问题203

6.3器件的磁路结构设计207

6.3.1磁致伸缩棒的驱动方式207

6.3.2基于“路”的磁致伸缩棒中磁场的计算209

6.3.3基于“场”的磁致伸缩棒中磁场的计算211

6.3.4均匀磁场设计215

6.3.5电磁线圈的设计217

6.4器件的机械结构设计220

6.4.1预应力的确定220

6.4.2预压力的施加装置222

6.5器件的冷却系统225

6.6器件驱动电源的设计227

6.6.1直流电源的设计228

6.6.2交流驱动电源的设计232

参考文献236

7磁致伸缩器件的磁滞非线性模型238

7.1磁致伸缩器件的模型238

7.2磁致伸缩器件的磁滞非线性模型及参数辨识241

7.2.1磁致伸缩器件的磁滞非线性模型242

7.2.2基于混合遗传算法的磁滞模型参数辨识259

7.3计及涡流效应的磁致伸缩器件动态模型279

7.3.1基于电路的唯象动态模型279

7.3.2基于能量损耗的物理动态模型288

参考文献294

8磁致伸缩致动器的控制系统及控制技术299

8.1磁致伸缩致动器的控制299

8.2磁致伸缩致动器的控制系统与实验研究302

8.2.1致动器控制系统的设计303

8.2.2致动器系统的实验研究313

8.2.3致动器系统的线性动态模型319

8.2.4致动器系统的单参数模糊自整定PID控制326

8.3磁致伸缩致动器的磁滞非线性控制340

8.3.1基于Preisach逆模型的磁滞非线性控制340

8.3.2基于神经网络的磁滞非线性控制347

参考文献361

9磁致伸缩器件的测试技术364

9.1磁致伸缩器件的主要性能参数364

9.2静态特性的测试364

9.2.1静态特性实验系统的组成365

9.2.2静态特性实验及结果分析367

9.3动态特性的测试372

9.3.1动态特性实验系统的组成372

9.3.2 50 Hz交流驱动时致动器的动态特性373

9.3.3交流驱动时致动器的输出力特性376

9.3.4不同频率交流驱动时应变的动态特性379

9.4器件的温控实验383

9.5虚拟仪器测试技术385

9.5.1虚拟仪器385

9.5.2基于虚拟仪器的综合实验平台387

参考文献391

附录392

附录1磁学的量及其单位换算因子392

附录2稀土金属的物理性质394

附录3元素周期表（插页）395

本书主要物理量符号、物理量名称、单位符号、单位名称对照表395