El transductor electromecánico es un dispositivo utilizado para convertir una señal eléctrica en ondas de sonido o una onda de sonido en una señal eléctrica. Estos transductores son más versátiles y contienen dispositivos magnetostrictivos y piezoeléctricos. En la actualidad, para aplicaciones ultrasónicas de potencia, existen dos diseños básicos de transductores que se utilizan magnetostrictivo y piezoeléctrico. A transductor piezoeléctrico utiliza la propiedad de un material piezoeléctrico para convertir energía de eléctrica a mecánica. Un transductor magnetoestrictivo utiliza la propiedad de un material magnetoestrictivo para convertir energía en energía mecánica dentro de un campo magnético. Aquí, el campo magnético se proporciona a través de una bobina de alambre que se cubre alrededor del material magnetoestrictivo. Por lo tanto, este artículo analiza una descripción general de un transductor magnetostrictivo – trabajo y sus aplicaciones.

¿Qué es el transductor magnetoestrictivo?

Un dispositivo que se utiliza para cambiar la energía de energía mecánica a energía magnética se conoce como transductor magnetoestrictivo. El principio de funcionamiento del transductor magnetoestrictivo utiliza un tipo de material magnético donde un campo magnético oscilante aplicado apretará el átomos del material, crea un cambio periódico dentro de la longitud del material y produce una vibración mecánica de alta frecuencia. Estos tipos de transductores se utilizan principalmente en los rangos de frecuencia más bajos y son muy comunes en aplicaciones de limpieza ultrasónica y mecanizado ultrasónico.

Transductor magnetoestrictivo

Diagrama esquemático del transductor magnetoestrictivo

El funcionamiento de un transductor magnetoestrictivo se puede describir utilizando el siguiente diagrama esquemático. Este diagrama explica la cantidad de tensión producida desde la magnetización nula hasta la completa. Esto se divide en atributos mecánicos y magnéticos discretos que se establecen en su efecto sobre la inducción magnética y la tensión del núcleo magnetostrictivo.

Esquema del transductor magnetoestrictivo

En el primer caso, la figura c muestra que cuando el campo magnético no se aplica al material, entonces el cambio en la longitud también será nulo con la inducción magnética producida. La cantidad de campo magnético (H) se incrementa hasta sus límites de saturación (±Hsat). Esto aumenta la deformación axial a “esat”. Además, el valor de magnetización aumentará al valor de +Bsat que se muestra en la Figura-e o se reducirá a –Bsat que se muestra en la figura.

Cuando el valor 'Hs' está en su punto máximo, entonces se puede lograr la inducción magnética y la saturación de tensión más alta. Entonces, en este punto, si intentamos aumentar el valor del campo, entonces no cambiará el valor de magnetización o el campo del dispositivo. Entonces, cuando el valor del campo alcance la saturación, los valores de tensión e inducción magnética aumentarán y se moverán desde el exterior de la figura central.

En el segundo caso, cuando el valor 'Hs' se mantiene fijo y si aumentamos la cantidad de fuerza sobre el material magnetoestrictivo, la presión de compresión dentro del material aumentará hacia el reverso con una disminución en los valores de tensión axial y magnetización axial. . En la figura c, no hay líneas de flujo disponibles debido a la magnetización nula mientras que en la figura. b & figura. d tiene líneas de flujo magnético de una magnitud mucho menor según la alineación del dominio magnético en el controlador magnetostrictivo. La Figura-a tiene líneas de flujo, pero su flujo será en la dirección inversa.

Cifra. f muestra las líneas de flujo basadas en el campo 'Hs' aplicado y la disposición del dominio magnético. Aquí las líneas de flujo producidas se miden con el principio de efecto Hall. Entonces este valor será proporcional a la fuerza o tensión de entrada.

Tipos de transductor magnetoestrictivo

Hay dos tipos de transductores magnetostrictivos; magnetostricción espontánea y magnetostricción inducida por campos.

Magnetostricción espontánea

La magnetoestricción espontánea se produce a partir del ordenamiento magnético de los momentos atómicos bajo la temperatura de Curie. Este tipo de magnetoestricción se utiliza en la aleación a base de NiFe llamada invar y muestra un aumento térmico cero hasta su temperatura de curie.

La magnetización de saturación del material disminuye al calentarse a la temperatura de Curie debido a una disminución en la cantidad de disposición de los momentos magnéticos atómicos. Cuando este arreglo y la magnetización de saturación se reducen, la expansión del volumen también disminuye a través de la magnetoestricción espontánea y el material se contrae.

En el caso del invar, esta contracción debida a la pérdida por magnetoestricción espontánea es equivalente a la expansión causada por los métodos habituales de vibración térmica y, por lo tanto, el material mostrará que no hay cambios en las dimensiones. Pero por encima de la temperatura de Curie, normalmente se produce una expansión térmica y ya no hay ningún orden magnético.

“filtros de paso alto y paso bajo ”

Magnetoestricción inducida por campo

La magnetoestricción inducida por campo se produce principalmente a partir de la disposición del dominio magnético en una aplicación de campo aplicado. El material Terfenol muestra la mayor magnetoestricción útil, que es la mezcla de Tb, Fe y Dy. El material de terfenol se utiliza para sensores de posición, sensores de campo, actuadores mecánicos y altavoces.

La disposición magnetoestrictiva (o) los sensores de carga simplemente funcionan por el hecho de que cada vez que un material magnetoestrictivo experimenta una tensión, la magnetización del material cambiará. Por lo general, los actuadores de Terfenol incluyen una varilla de Terfenol que se dispone bajo compresión para disponer los dominios magnéticos a la longitud de la varilla en forma perpendicular. Se usa una bobina alrededor de la barra de Terfenol, se aplica un campo a la barra para alinear los dominios a lo largo de su longitud.

Diferencia entre transductor magnetoestrictivo y piezoeléctrico.

La diferencia entre un transductor magnetoestrictivo y piezoeléctrico incluye lo siguiente.

Transductor magnetoestrictivo	Transductor piezoeléctrico “dpdt encendido apagado encendido interruptor ”
Un transductor de magnetoestricción es un dispositivo que se utiliza para convertir energía mecánica en energía magnética y viceversa.	Un sensor piezoeléctrico es un dispositivo que se utiliza para medir los cambios en la aceleración, la presión, la temperatura, la fuerza o la tensión transformándolos en una carga eléctrica.
El transductor magnetoestrictivo incluye una gran cantidad de placas o laminaciones de níquel.	El transductor piezoeléctrico incluye un disco de material cerámico piezoeléctrico de espesor simple o doble, normalmente PZT (titanato de zirconato de plomo).
El concepto de esto es cambiar la dimensión o forma de un material magnético sobre la magnetización.	El concepto de esto es la acumulación de carga eléctrica mediante la aplicación de presión mecánica.
Este transductor es menos sensible en comparación con el transductor piezoeléctrico debido a la acción del campo magnético terrestre.	Este transductor es más sensible.
Este transductor utiliza la propiedad del material magnetostrictivo.	Este transductor utiliza la propiedad del material piezoeléctrico.
El patrón de trazo es elíptico.	El patrón de trazo es lineal.
El rango de frecuencia es de 20 a 40kHz.	El rango de frecuencia es de 29 a 50kHz.
El área de la punta activa es de 2,3 mm a 3,5 mm.	El área de la punta activa es de 4,3 mm según la frecuencia.

¿Cómo elegir un transductor magnetoestrictivo?

La selección de un transductor magnetoestrictivo se puede realizar en base a las especificaciones a continuación.

Este transductor debe usar un tipo de material magnético para que pueda interactuar y pueda mapear distancias con mucha precisión.
El transductor debe permitir mediciones sin contacto y sin desgaste.
Su rango debe ser de 50 a 2500 mm.
Su resolución máxima debe ser de aproximadamente 2 µm.
La linealidad máxima debe ser de ±0,01 %.
La velocidad de desplazamiento debe ser inferior a 10 m/s.
La salida analógica es de 0 a 10 V, de 4 a 20 mA.
24 VDC ±20 % Tensión de alimentación
Clase de protección IP67
La temperatura de funcionamiento debe oscilar entre -30 y +75 °C.

Ventajas y desventajas

El ventajas de un transductor magnetoestrictivo Incluya lo siguiente.

Estos transductores son confiables, no requieren mantenimiento y reducen significativamente el potencial de errores operativos y el tiempo de inactividad de la máquina.
Los transductores magnetoestrictivos no tienen partes de contacto, por lo que tienen una vida más larga.
Estos son más precisos en comparación con los transductores de contacto fijo.
Tienen buena sensibilidad, inspección de largo alcance, durabilidad, fácil implementación, etc.

El desventajas de un transductor magnetoestrictivo Incluya lo siguiente.

Los transductores magnetoestrictivos son caros.
El transductor magnetoestrictivo tiene limitaciones de tamaño físico, por lo que está restringido a operar a frecuencias inferiores a 30 kHz aproximadamente.

Aplicaciones

El aplicaciones de un transductor magnetoestrictivo Incluya lo siguiente.

El transductor magnetoestrictivo se utiliza para medir la posición.
Este transductor juega un papel clave en la conversión de energía mecánica en energía magnética.
Previamente, este dispositivo se utilizó en diferentes aplicaciones que incluyen medidores de torque, hidrófonos, dispositivos de escaneo de sonar, receptores telefónicos, etc.
En la actualidad, se utiliza para fabricar diferentes dispositivos como motores lineales de gran fuerza, sistemas de control de ruido o vibración activa, ultrasónicos médicos e industriales, posicionadores para óptica adaptativa, bombas, etc.
Estos transductores se desarrollan principalmente para fabricar herramientas quirúrgicas, procesamiento químico, procesamiento de materiales y sonda submarina.
Los transductores magnetoestrictivos se utilizan para medir el par desarrollado por ejes giratorios dentro de las partes móviles de las máquinas.
Esta aplicación de transductor se divide en dos modos; lo que implica el efecto Joule y el otro es el efecto Villari. Cuando la energía magnética se convierte en mecánica, se usa para producir fuerza en el caso de los actuadores y se puede usar para detectar un campo magnético en el caso de los sensores. Si se cambia la energía de mecánica a magnética, entonces se usa para detectar movimiento o fuerza.

Por lo tanto, esta es una descripción general del transductor magnetoestrictivo. Este transductor también se denomina transductor magnetoelástico. Estos transductores poseen una impedancia de entrada mecánica extremadamente alta y son apropiados para la medición de grandes fuerzas estáticas y dinámicas, aceleración y presión. Tienen características de construcción fuertes y cuando estos transductores se usan como transductores activos, la impedancia de salida será baja. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es Magnetoestricción ¿Fenómeno?