作品申报书范例文档格式.docx

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将一个咖啡杯人力反噪声控制器安装在与引擎推进器相连接的部件内，使它与噪声传感器联接，可使运载工具的噪声降低到使旅客感到舒服的程度（≤20dB以下）。

反振动与减振器应用到运载工具，如汽车等，可使汽车振动减少到令人舒服的程度。

用稀土超磁致伸缩材料制造的微位移驱动器，可用于机器人、自动控制、超精密机械加工、红外线、电子

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　　束、激光束扫描控制、照相机快门、线性电机、智能机翼、燃油喷射系统、微型泵、阀门、传感器等。

　　目前从事超磁致伸缩材料研究的，包括美国、瑞典、德国、俄罗斯、英国、法国、日本等已有50多家公司，正在或准备开发这种材料的各种可能应用。

稀土超磁致伸缩材料是国外八十年代末新开发的新型功能材料，主要是指稀土-铁系金属间化合物，特别是铽镝铁磁致伸缩合金（Terfenol—D）的成功研制，更是开辟了磁致伸缩材料的新时代，Ter—fenol—D是70年代才发现的新型材料。

美国前沿技术（EdgeTechnologies）公司1989年开始生产稀土大磁致伸缩材料，其商品牌号为Terfenol—D，随后瑞典FeredynAB公司也生产、销售稀土大磁致伸缩材料，产品牌号为Magmeg86，近10多年来，日本、俄罗斯、英国和澳大利亚等也相继研究开发出TbDyFe2型磁致伸缩材料，并有少量产品销售。

　　稀土磁致伸缩材料主要用于制作大功率声纳，后者广泛应用于水下通讯、制导、捕鱼、油井及地质探测等。

其它应用包括阀门控制、精密车床、机器人、蠕动马达、阻尼减振、延迟器及传感器等。

稀土磁致伸缩材料的开发与应用，日益受到人们的关注，产量及市场消费量增长非常迅速。

　　据美国前沿技术公司统计，全世界Terfenol—D合金产量，1989年仅为100kg，1993年约l000kg，1995年达到10t，而到1997年已达到70t。

美国国内每年用于声纳等器件的Terfenol—D材料价值约数百万到1千万美元，声纳、油压机、机器人等器件的市场金额每年约6亿美元。

最近5年来，Terfenol—D的市场年增长率为100％。

　　近期，美国宇航局与Energen公司签约，投资开发新一代太空望远镜用致动装置。

近几年来，国外研制了近千种应用器件，批准的美国专利已超过一百多件，据专家分析，在20XX年之前，Terfenol—D的市场将包括以下几部分：

在运输业的主要产品为刹车线、燃料注入、降噪减震、阀和泵以及线性马达。

　　在航空、航天、航海及其它部门中的应用器件除声纳外，还包括线性马达、致动器、液体动力系统、薄膜、传感器和降噪减震系统。

在加工、制造中的应用包括精密定位系统、印刷业的雕版打印头、精密机床的工具定位和主动减震，用于机械手、机器人等各种自动化设备的致动器和马达及传感器等。

日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统OAT（OceanAcousticTopography）和海洋气候声学温度测量系统ATOC（TheAcousticTherixxetrvofOceanclimate）的水声发射换能器，其信号可发射到1000km的范围，可用于测量海水温度和海流的分布

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　　图。

　　国内稀土磁致伸缩材料的应用现状

　　我国几个重要研究单位于90年代前后开始研究TbDyFe晶体磁致伸缩材料，如中科院物理所、金属所、包头稀土院、北京科技大学等，虽然实验室研究达到了较高水平，但目前都没有实现规模生产。

近几年来，稀土超磁致伸缩材料的应用研究在国内也得到了重视，在声纳、精密机械、高速阀门等方面应用取得了一些进展。

稀土超磁致伸缩器件研究已列入国家“九五”攻关项目。

钢铁研究总院科研开发组和中科院声学研究所协作研制稀土-铁系超磁致伸缩材料水声换能器。

北京有色金属研究总院通过中国有色金属工业总公司向国家申请利用世界银行科技发展项目贷款，在北京建立“稀土材料国家工程研究中心”。

超磁致伸缩材料GMM促进了声纳的发展，稀土超磁致伸缩材料Terfenol—D优越的特性使它具有广泛的应用前景，例如低频大功率而体积小重量轻的声纳换能器能提高海军的防卫和攻击能力，是它的典型而又重要的一个应用。

稀土超磁致伸缩材料在水声换能器上的应用有：

（1）圆柱形水声换能器；

（2）复合棒（Tonpilz）换能器；

（3）Ⅱ型弯张水声换能器；

（4）Flextensionalunderwateracousticaltransducer）；

（4）用于海洋声层析（Tomography）的水声换能器；

（5）Janus换能器；

（6）Ⅳ型弯张稀土超磁致伸缩水声换能器（Flexten—sionalclassⅣ）；

（7）超导稀土超磁致伸缩水声换能器。

稀土磁致伸缩材料可作成超声波清洗机、焊接机和超声外科手术刀等使用的高频超声换能器。

另一种提高稀土超磁致伸缩材料高频特性的方法是使用稀土超磁致伸缩复合材料，它是稀土超磁致伸缩材料的粉末与粘接剂合成的金属基体复合材料。

现阶段市场上存在的仪器TRS-2磁致伸缩测试仪

　　该设备用于测量单片电磁钢板在交流磁化过程中磁化方向所产生的机械变形，适用于电磁钢板的研究开发以及检测。

采用激光测试原理，可以在正弦波、三角波、方波等波形条件下测试，但其体积大，不

　　图1-1TRS-2磁致伸缩测试仪

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　　方便携带使用，价格昂贵，动辄上万甚至几十万，维护费用也比较高，一般的公司或工厂很少购买，比较难以得到推广。

BKT-3薄膜磁致伸缩测量仪

　　磁致伸缩薄膜材料在微机电系统（MEMS）、水下声纳等领域有着广泛的应用，于磁致伸缩薄膜的磁致伸缩系数λ的绝对值很小，因此对薄膜材料的磁致伸缩系数λ进行直接测量十分困难。

BKT-3薄膜磁致伸缩测量仪采用激光光杠杆放大

　　的方法测量磁致伸缩薄膜悬臂梁的微挠度，从而实现磁致伸缩系数λ的测试。

光杠杆法所测量出的精度因为材料及方式的

　　图1-2BKT-3薄膜磁致伸缩测量仪

　　局限性，很难达到非常高的精度。

很容易看出，其体积较大，重量大，不宜移动，不方便携带，对于广泛应用带来了较大限制。

其他分析方法和仪器

　　磁致伸缩材料多参数测量系统是一种测量超磁致伸缩材料特性参数随外加交、直流磁场变化情况的装置。

该系统电磁铁、电磁铁稳流电源、磁通测量单元、磁场测量单元、应变测量单元、阻抗测量单元、亥姆亥兹线圈、音频励磁电源、数据采集系统、压力包、计算机和激光打印

　　机等组成。

这种仪器不但体积大，笨重，而且因为本身和所带部分过多，影响过大，极不稳定，测量时非专业人士不可。

　　图1-3磁致伸缩参数测量仪

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　　第二章磁致伸缩系数测定仪制作说明

　　1仪器制作原理

　　Fe-Ga合金的磁致伸缩应变机制

　　Fe-Ga磁致伸缩材料为体心立方结构，它具有高的磁致伸缩各向异性。

Fe-Ga合金的磁致伸缩应变主要是在磁化过程中非180°

畴壁位移或磁矩的转动造成的

　　[4]

　　。

磁畴的畴壁位移及磁矩的转动与合金的取向和磁矩有密切关系，Fe-Ga合金的

　　易磁化方向为方向。

对于轴向取向的多晶合金,当在磁矩取向方向施加一磁场时，为了减小静磁能，轴向取向合金的磁矩会向方向旋转，各个晶粒的磁致伸缩应变都沿方向做有序排列，因而Fe-Ga合金表现出大的磁致伸缩应变[5]。

应变电阻片测量法

　　电阻应变片是最常用的测力传感元件，其结构是将金属丝或半导体制成栅贴在基底上。

当用应变片测试时，应变片要牢固地贴在测试体表面；

当测试体受力发生形变时，应变片的敏感栅变形，其电阻随之发生相应的变化。

通过测试电路将测试体的形变信息转换成电阻电信号输出显示[6]。

于磁致伸缩形变率正比于电阻变化率，则测量磁场内黏贴电阻应变片样品的磁致伸缩系数λ为

　　[7]

　　可表示

　　LRCKLR　　

　　式中C为应变电阻片的结构参数，R为应变电阻片的原阻值，K为包含测量系统的放大倍数。

　　图2-1电阻应变片传感器

　　设R20为黏于待测样品上的电阻应变片，当样品的长度发生变化△L/L时，电阻应变片也与之发生一定比例的变化，电阻应变片的阻值变为

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　　编码：

　　山东省第四届大学生物理科技创新大赛

　　作品申报书

　　作品名称：

应用于磁致伸缩材料的磁致伸缩特性测定仪

　　学校全称：

　　中国石油大学　　

　　申报者姓名：

　　郭敏强　　

　　指导教师：

　　、　　类别：

B类

　　□实验方法研究

　　√自制实验教学仪器

　　□物理量智能化测量技术□实验模拟与仿真□实物类

　　山东省第四届大学生物理科技创新大赛组委会制

　　20XX年3月

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　　申报者情况

　　申报者情况通讯地址术开发区长江西路66号合作者情况杨斌男***22在读本科中国石油大学**职称***姓名穆伟平刘慧性别男男年龄2324学历在读本科在读本科所在单位中国石油大学中国石油大学山东省青岛市黄岛经济技联系电话**********现学历本科年级20XX级学制4年姓名学校全称郭敏强性别男年月中国石油大学专业应用物理学出生1992年11月21日指指导教姓名导教师情况单位性别*年龄******************联系电话************2

　　情况和见对作品的真实性以及作品的意义、水平等评价一、作品的真实性该测定仪是在调研文献的基础上，充分利用普通物理实验所学的相关知识和物理实验中心现有的实验设备，发挥自主创新能力，独立改装设计实验，巧妙地将三项实验中的测量技术、测量思想有机结合在一起，完成了仪器的物理理论部分。

新的测量方法从一个全新的角度精确、简洁地完成了磁致伸缩系数的高精度测量，既有利于学生更好地掌握实验的精髓，培养创新思维，也有利于物理实验教学，降低了实验室维护成本，为实验室建设提供了新的思路。

该测定仪依托于上述理论，结合电工电子学相关知识，原理结构清晰，设计方案合理，实验方法新颖，具有较高的创新性，适合于在实验室推广的同时也满足了一定的实际需求，有效解决传统实验中存在的诸多问题的同时简化了测量过程。

二、作品的意义磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料。

对磁致伸缩材料进行研究，最为基础和关键的工作就是对静态磁致伸缩性能的测量，即对磁致伸缩系数的测量。

这种材料可将电磁能转换成机械能或声能，也可以将机械能转换成电磁能，是重要的能量与信息转换功能材料。

该磁致伸缩测定仪的成功研制，减小了体积，降低了实验成本，可移动性、可携带性加强，其将对声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域产生影响，具有较广泛的应用前景。

三、作品的水平该磁致伸缩仪是在调研了大量市场相关仪器的基础上，结合实验中所做出的新理论，制订了实施性较强的方案。

理论部分为将长度测量转化成电阻和检流计偏转值的测量，并利用整体代换等思想推导获得了用检流计偏转值计算磁致伸缩系数的计算式。

该测定仪结构紧凑简单、测量简洁快速、操作方便、精度较高，达到了一个试验测定仪所追求的效果。

随着铁磁材料特性研究的不断发展，磁致伸缩效应在工业传感器技术中的应用也不断得到发展，该测定仪对磁致伸缩系数的测量不仅能使人们在教学上获益，也能够推动磁致伸缩效应在检测技术、工程工业及其他方面中的应用。

申报者所在学院审核意见　　年　　月　　日3

　　申报作品情况作品全称应用于磁致伸缩材料的磁致伸缩展示形式及特性测定仪一、设计的目的1.解决传统实验室和市场上磁致伸缩测试仪器均为大型专业设备，体积大、读数误差较大、操作复杂、价格昂贵等问题，设计制作新的测量仪应用于实际测量，在实验室做进一步推广；

2.用新测定仪器，通过非平衡电桥和电阻应变片实现铁磁质磁致伸缩系数λ的高精度测量，同时提高实验效率；

3.解决超微弱信号在实验室和工业测量中的应用；

4.以研究为契机，进一步实现整套磁致伸缩材料物理学性能的研究；

5.使磁致伸缩测量不仅能使人们从教学上获益，也能够推动磁致伸缩效应在检测技术、工业传感器技术、能量与信息转换功能材料、换能器技术、海洋探测技术、微位移致动、智能机翼、机器人等高技术领域得到应用。

二、基本思路□软件；

√实物及实物尺寸尺寸：

作品设计的目的和基本针对实验室及工业中对磁致伸缩系数测量存在的诸多问题，进行思路同时考虑方案进一步的简化浓缩，使其同时实现自动和手动两种测量功能。

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　　一、创新点1.该测定仪的理论新方法改变了传统磁致伸缩仪器计算复杂、体积庞大、价格昂贵和读数误差大的缺陷，实现了结构紧凑简单、测量简洁快速、操作方便、结果精度较高的效果，只须在检验定标之后直接将待测材料置于磁场中，数码管显示出新方法中所需的压差数值即可，达到了一个试验测定仪所追求的效果。

2．该测定仪运用AD524放大器、滤波模块和16位AD模块ADS7825P实现了实验中直流复射式检流计的功能作用，达到了高精准测量的效果，有效地解决了实验测量中的核心问题。

3．该作品在一定程度上解决了当前实验仪器研究中存在的超微弱信号极难测量和稳定的问题，为以后的相关研究提供了范例，可用于实际测量，在实验室可作进一步推广。

二、技术难点1.在磁致伸缩材料表面径向粘贴电阻应变片，要求粘贴的电阻应变片能与材料伸缩形变同步增减。

2.于在1-30mT励磁场下引起应变片的电阻变化量极小，那么对于该测定仪实现超微弱信号的测量成为首要难点和重点。

3.该测定仪减少了组合电路测量实验中电阻箱须加以校准的步骤，却增加了器件产生噪声，信号手干扰程度大不稳定，计算机所能作品的创新识别的数据位数有限制等难题。

4.在实验中的测量转化到电子器件中时，不能实现一对一的配置，点、技术难需经过不断的需求值转换，需要不断地分析引入量对整个测量系统的点和实际应影响程度。

5.制作过程中器件结合在一起时极容易损坏，需不断的分析每个用情况模块、管脚、电路端口的电压值和整体影响效果，来确保下一步实验测量的实现。

三、实际应用情况1.该测定仪对磁致伸缩系数测量，结合材料的组成、种类和外施磁场的大小等因素有关，可用在研究应用领域中；

2.该测定仪对磁致伸缩材料的物理学性能的测定，可以拓宽其应用领域，为今后的纵向研究奠定基础；

3.磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料，测定仪对其性能的研究，一定程度上可发掘出材料的潜在使用价值；

4.该测定仪是在完成了普通物理实验教程的基础上设计并提出的，它结合了物理实验中所学的相关知识，立足于实验室的需求，适合于在实验室推广使用，也适合实际应用；

5.将改进后实验装置和方法应用于实际测量后，精度高、工作稳定，结果显示：

新的装置和方法简化了测量过程，提高了测量结果的准确度，而且该技术可以用来比较准确地检测各种磁致伸缩材料的磁致伸缩系数，满足检测技术及其他方面中的应用；

6.后期将尝试将其用于水下通讯、制导、捕鱼、油井及地质探测等，其它方面应用包括阀门控制、精密车床、机器人、蠕动马达、阻尼减振、延迟器及传感器等方面。

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　　1.在威海举行的山东省第三届物理科技创新大赛“磁致伸缩材料物理学性能新型测定方法的研究”获得一等奖；

2.在实验的基础上已撰写出《磁致伸缩系数测定新方法的研究》论文一篇，已被中文核心期刊《实验室研究与探索》录用，定于20XX年12月发表；

3.对于所做出的新测量方法，申请国家发明专利“一种测量磁致伸缩系数的新方法”一项，已经受理，并其他说明且初步审查合格，进入实质审查阶段。

4.本实验装置和测量方法已应用于实际测量，结果显示装置性能较好，能达到预期效果；

5.该仪器申请国家实用新型专利“应用于磁致伸缩材料磁致伸缩系数测定仪”并已经受理；

6.该试验测定仪的研制受国家级大学生创新试验项目“磁致伸缩材料物理学性能测定新方法的研究”的依托进行。

评审委员会意见

　　组委会秘书处资格审查　　小组内排名：

　　评审　　得　　分：

　　小组成绩　　组长　　年　　月　　日□通过审查　　□未通过审查审查人　　年　　月　　日评审会终审建□特等奖　　□一等奖□二等奖　　□三等奖□未获奖　　议　　主任　　年　　月　　日6

　　张亚萍、刘彦民　　类别：

　　√自制实验教学仪器□物理量智能化测量技术□实验模拟与仿真□实物类

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　　目录

　　第一章作品研究综述...................................................................................................9

　　1仪器制作项目简介..................................................................................................................9团队简介...............................................................................................................................9项目小结.............................................................................................................................102仪器研究背景和目的............................................................................................................103当前国内外同类课题研究水平概述....................................................................................11国外稀土磁致伸缩材料的应用现状..................................................................................11国内稀土磁致伸缩材料的应用现状..................................................................................13现阶段市场上存在的仪器..................................................................................................13

　　第二章磁致伸缩系数测定仪制作说明.....................................................................15

　　1仪器制作原理........................................................................................................................15Fe-Ga合金的磁致伸缩应变机制.......................................................................................15应变电阻片测量法..............................................................................................................15实验原理.............................................................................................................................16非平衡电桥法测量磁致伸缩系数λ原理..........................................................................17平衡电桥法测定测量磁致伸缩系数λ原理......................................................................172仪器实施方式........................................................................................................................18仪器的装置和技术特点......................................................................................................18仪器测量的具体实施方式................................................................