[發(fā)明專利]磁電回旋器能量傳輸動態(tài)過程的非接觸式光學測量裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011299740.1
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112433120A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設計）人: 張吉濤;趙鶴偉;張慶芳;武潔;陶加貴;張培;任林嬌;趙藝芳;姜利英;曹玲芝
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業(yè)大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 蔡少華

本發(fā)明屬于電子轉換器件技術領域，公開了一種磁電回旋器能量傳輸動態(tài)過程的非接觸式光學測量裝置，所述測量裝置包括激光多普勒測振儀、鎖相放大器、PC機、靜態(tài)偏置磁場施加裝置、磁電回旋器和支架；所述激光多普勒測振儀通過內置的速度解碼器的電壓輸出端與所述鎖相放大器的電壓輸入端相連，鎖相放大器通過內部振蕩器的輸出端與磁電回旋器的線圈端口連接，鎖相放大器通過通信電纜與PC機相連；所述磁電回旋器固定于支架上，所述支架固定于靜態(tài)磁場施加裝置中間。本發(fā)明能夠準確定位器件在歷經高效動態(tài)磁?機?電轉換過程中機械振動損耗的主要源頭，具有可動態(tài)測量、非接觸式測量、精度高和可定量描述等突出優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明屬于電子轉換器件技術領域，具體涉及一種磁電回旋器能量傳輸動態(tài)過程的非接觸式光學測量裝置及方法。

背景技術

理想回旋器是一種無源、線性、非互易性的新型雙端口元件，能夠實現(xiàn)電壓-電流直接互逆轉換并伴隨高效能量轉換，成為繼電阻、電容、電感和變壓器之后的第五類基本網絡電氣元件。理想回旋器能夠實現(xiàn)感性元件的容性特征，在大規(guī)模集成電路中可將不易在晶片上集成的電感元件用更容易集成的回旋器和普通電容器所替代。而且，普通電容較普通電感更加接近理想的元件，由回旋器與普通電容器模擬出的電感元件，相對于任何的普通電感，都要更加接近理想感性元件。理想回旋器的假想網絡拓撲理論模型最初于1948年由荷蘭飛利浦實驗室的Tellegen提出，后人們致力于通過運算放大器等分立電氣元件的搭建實現(xiàn)理想回旋器的回旋效應。直到本世紀初期，磁致伸縮/壓電層合結構換能器因具有無源和室溫下強磁電耦合等突出特性被廣泛應用于數(shù)據(jù)存儲、磁場探測、功率轉換等領域，在其外圍纏繞線圈后所構成的四線-雙端口元件為理想回旋器的實現(xiàn)提供了新的途徑。關于磁電回旋器里程碑式的工作報道于2006年，美國弗吉尼亞理工學院的Zhai等人借助超磁致伸縮材料Terfenol-D和壓電陶瓷PZT復合出現(xiàn)的強磁電耦合效應并在其外圍密繞線圈構建了磁電回旋器件，實現(xiàn)了感性-容性雙端口電氣網絡的互逆轉換。自2016年起，美國弗吉尼亞理工學院的Leung等人又通過稀土摻雜、改變層合方式、線圈尺寸優(yōu)化等實驗手段就如何進一步提高磁電回旋器穩(wěn)定性及功率傳輸效率展開了相關理論建模和實驗研究工作，并取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果。

在進一步提升磁電回旋器能量傳輸效率中遇到的機械損耗偏大的問題中，研究者們多采用靜態(tài)或準靜態(tài)的電阻應變片接觸式測量的方法對功率傳輸過程中所涉及的磁能、機械能和電能三者之間的耦合傳遞過程進行分析，試圖尋求主要的能量損耗來源并使之進一步降低以提高效率。然而，磁電回旋器的正常工作是依靠諧振態(tài)激勵下的強磁電耦合效應完成，期間歷經動態(tài)的磁-機-電轉換過程，而僅僅依靠靜態(tài)或準靜態(tài)的電阻應變片接觸式測量方法無法準確描述這一過程，并且國內外用于描述器件在能量傳輸過程中的動態(tài)測量方法未見報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種磁電回旋器能量傳輸動態(tài)過程的非接觸式光學測量裝置，能夠準確定位器件在歷經高效動態(tài)磁-機-電轉換過程中機械振動損耗的主要源頭，具有非接觸測量、精度高和可定量描述等突出優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

本發(fā)明提供一種磁電回旋器能量傳輸動態(tài)過程的非接觸式光學測量裝置，所述測量裝置包括激光多普勒測振儀、鎖相放大器、PC機、靜態(tài)偏置磁場施加裝置、磁電回旋器和支架；所述激光多普勒測振儀通過內置的速度解碼器的電壓輸出端與所述鎖相放大器的電壓輸入端相連，鎖相放大器通過內部振蕩器的輸出端與磁電回旋器的線圈端口連接，鎖相放大器通過通信電纜與PC機相連；所述磁電回旋器固定于支架上，所述支架固定于靜態(tài)磁場施加裝置中間；所述PC機通過程序調節(jié)鎖相放大器對磁電回旋器的輸入電壓、交流磁場和頻率大小，以及靜態(tài)偏置磁場施加裝置施加的偏置磁場大小。

優(yōu)選地，所述磁電回旋器由磁電復合結構換能器及均勻圍繞在磁電復合結構換能器外圍的線圈構成，所述磁電復合結構換能器為非對稱型或對稱型的多層結構，磁電復合結構換能器包括至少一層的磁致伸縮層和一層的壓電陶瓷層。

優(yōu)選地，所述激光多普勒測振儀所發(fā)出的激光束為632nm的氦氖激光束。