磁致伸缩传感器波导丝设计

　　磁致伸缩波导丝作为磁致伸缩传感器最关键的部件，其所选磁致伸缩材料的优劣直接影响着传感器的工作稳定性、测量的准确度及传感器的最终成本。由于铁镍合金饱和磁致伸缩系数大、机械加工容易、价格相对便宜、弹性模量几乎不受温度的影响，因此本课题中波导丝的材料选用铁镍合金。

　　波导丝主要是用来产生扭转波，并作为传播介质使扭转波在波导丝上以一定的速度传播。给波导丝通电流会形成环形磁场，环形磁场与位置磁铁产生的横向磁场叠加时就会在波导丝上形成扭转波。所形成的环形磁场的磁场强度如下式所示：

　　He=μI/2 πr

　　在上式中 He为磁场强度，μ 为磁导率，I 为流过波导丝的电流，r 为以波导丝为中心所作圆的半径。对于以波导丝为中心某个固定的圆上的磁场大小，由公式可知，只要增大电流 I 就可以增大环形磁场的强度。环形磁场越大，波导丝的变形量就越大，扭转波就会获得越多的能量，当达到磁致伸缩饱和时，环形磁场再继续增大，波导丝的变形量也保持不变，所以波导丝上的电流值并非越大越好，经过查阅资料波导丝上的电流值一般维持在 0.5A～3.0A为最佳。

　　在微观上波导丝是由一系列的磁畴组成的，由于磁畴的无序性从而在宏观上不表现出磁性，磁畴相当于一个个的小磁针，如下图为一个单一的磁畴，扭转波的产生从根本上说是由于磁畴受螺旋磁场力的作用从而产生了偏移，进而产生振动导致了扭转波的产生。如上图所示是仅对一个磁畴所作的分析。

　　在图 (a)中，在没有螺旋磁场时磁畴是水平的，当加上螺旋磁场时磁畴会突然受到一个力的作用，磁畴发生偏转，此时就产生了振动，磁畴偏转的幅值越大，振动就越大，产生的扭转波就越强，磁畴的偏转幅值除了与磁场强度有关外还与磁致伸缩波导丝的直径有关，如下式：

　　θ∝1/J

　　J=πd⁴/32

　　在上述两式中 θ 为磁畴振动时旋转的最大角度，J 为转动惯量，d 为波导丝的直径。由上述两式可以看出旋转的最大角度与转动惯量成反比，而转动惯量正比于波导丝的直径，因此偏转角度反比于波导丝的直径，所以为了使扭转波的振动最大，波导丝的直径越小越好，我司磁致伸缩传感器所选波导丝直径为 0.5mm，这个直径可以保证波导丝的强度及波导丝的稳定工作，又可以保证产生较大的扭转波。