作品申报书范例.docx

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作品申报书范例

作品申报书（范例）

磁致伸缩系数并实时生成磁致伸缩曲线。

该仪器具有较

高测量精度，不仅适用于科研工作中的磁性测量，还可以应用于高校理工类学生的物理实验教学。

3当前国内外同类课题研究水平概述

精确测量磁致伸缩材料的磁致伸缩特性中的磁致伸缩

系数是最基础也是最重要的工作。

磁致伸缩材料的磁致伸缩系数是衡量材料本身性质的一项重要指标，目前测量磁致伸缩系数的方法主要有迈克尔逊测量法、光杠杆和机械杠杆组合测量法等。

利用这些方法所制作的实验仪器比较多，应用于精确测量磁致伸缩材料的磁致伸缩特性的测定仪多为磁致伸缩系数测量仪和弱磁滞回线测量仪，其国内外应用研究情况如下:

国外稀土磁致伸缩材料的应用现状磁致伸缩材料在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有广泛的应用前景。

稀土超磁致伸缩材料在声频和超声技术方面也有广阔

的应用前景，例如用该材料可制造超大功率超声换能器。

过

去的超声换能器主要是用压电陶瓷（PZT）材料来制造，它仅

能制造小功率（＜）的超声波换能器，国外已用稀土超磁致伸

缩材料来制造出超大功率（6〜25kw）的超声波换能器。

超大

功率超声波技术可产生低功率超声技术所不能产生的新物理效应和新用途，如它可使废旧轮胎脱硫再生，可使农作物大幅度增产，可加速化工过程的化学反应。

此研究有重大的经济、社会和环保效益；用该材料制造

的电声换能器，可用于波动采油，可提高油井的产油量达

20%〜100%，可促进石油工业的发展；用该材料制造的薄型（平板型）喇叭，振动力大，音质好，高保真，可使楼板、墙体、桌面、玻璃窗振动和发音，可作水下音乐、水下芭蕾伴舞的喇叭等。

此外，用该材料可制造反噪声与噪声控制，反振动与振动控制系统。

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

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

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

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lOOOkg，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

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OATQceanAcousticTopography）和海洋气候声学温

度测量系统ATOC（TheAcousticTherixxetrvofOcean

climate）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

12

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

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;

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

上超磁致伸缩复合材料，它是稀土超磁致伸缩材料的粉末与

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13

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

对值很小，因此对薄膜材料的磁致伸缩系数入进行直接测量

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

致伸缩系数入的测试。

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

14

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

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入为

[7]

可表示

LRCKLR

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

编码:

山东省第四届大学生物理科技创新大赛作品申报书

□实验方法研究

"自制实验教学仪器

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

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

姓名穆伟平刘慧性别男男年龄2324学历在

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

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冋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

水平该磁致伸缩仪是在调研了大量市场相关仪器的基础

匕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