Le transducteur électromécanique est un appareil utilisé pour convertir soit un signal électrique en ondes sonores, soit une onde sonore en un signal électrique. Ces transducteurs sont plus polyvalents et contiennent des dispositifs magnétostrictifs et piézoélectriques. À l'heure actuelle, pour les applications à ultrasons de puissance, il existe deux conceptions de base de transducteurs magnétostrictifs et piézoélectriques. UN transducteur piézoélectrique utilise la propriété d'un matériau piézoélectrique pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Un transducteur magnétostrictif utilise la propriété d'un matériau magnétostrictif pour convertir l'énergie en énergie mécanique dans un champ magnétique. Ici, le champ magnétique est fourni à travers une bobine de fil qui est recouverte autour du matériau magnétostrictif. Cet article traite donc d'un aperçu d'un transducteur magnétostrictif – le fonctionnement & ses applications.

Qu'est-ce qu'un transducteur magnétostrictif ?

Un dispositif utilisé pour transformer l'énergie mécanique en énergie magnétique est appelé transducteur magnétostrictif. Le principe de fonctionnement du transducteur magnétostrictif utilise un type de matériau magnétique où un champ magnétique oscillant appliqué comprimera le atomes du matériau, crée un changement périodique dans la longueur du matériau et produit une vibration mécanique à haute fréquence. Ces types de transducteurs sont principalement utilisés dans les gammes de fréquences inférieures et sont très courants dans les applications d'usinage par ultrasons et de nettoyeur à ultrasons.

Transducteur magnétostrictif

Schéma de principe du transducteur magnétostrictif

Le fonctionnement d'un transducteur magnétostrictif peut être décrit à l'aide du schéma de principe suivant. Ce diagramme explique la quantité de déformation produite à partir de la magnétisation nulle à complète. Ceci est divisé en attributs mécaniques et magnétiques discrets qui sont définis dans leur effet sur l'induction magnétique et la déformation du noyau magnétostrictif.

Schéma du transducteur magnétostrictif

Dans le premier cas, la figure c montre que lorsque le champ magnétique n'est pas appliqué au matériau, alors la variation de longueur est également nulle avec l'induction magnétique produite. La quantité de champ magnétique (H) est augmentée jusqu'à ses limites de saturation (±Hsat). Cela augmente la déformation axiale à 'esat'. De plus, la valeur de magnétisation sera augmentée à la valeur +Bsat indiquée sur la figure-e ou réduite à -Bsat indiquée sur la figure.

Lorsque la valeur « Hs » est à son point maximum, l'induction magnétique et la saturation de déformation la plus élevée peuvent être atteintes. Donc, à ce stade, si nous essayons d'augmenter la valeur du champ, cela ne changera pas la valeur de magnétisation ou le champ de l'appareil. Ainsi, lorsque la valeur du champ atteint la saturation, les valeurs de déformation et d'induction magnétique augmentent et se déplacent de l'extérieur de la figure centrale.

Dans le second cas, lorsque la valeur 'Hs' est maintenue fixe et si nous augmentons la quantité de force sur le matériau magnétostrictif, la pression de compression à l'intérieur du matériau augmentera du côté opposé avec une diminution des valeurs de déformation axiale et d'aimantation axiale. . Dans la figure-c, il n'y a pas de lignes de flux disponibles en raison de la magnétisation nulle alors que dans la figure. b & figure. d a des lignes de flux magnétique d'une amplitude bien moindre en fonction de l'alignement du domaine magnétique dans le pilote magnétostrictif. La figure-a a des lignes de flux mais leur écoulement sera dans le sens inverse.

Chiffre. f montre les lignes de flux basées sur le champ 'Hs' appliqué et l'arrangement du domaine magnétique. Ici, les lignes de flux produites sont mesurées avec le principe de l'effet Hall. Cette valeur sera donc proportionnelle à la force ou à la déformation d'entrée.

Types de transducteur magnétostrictif

Il existe deux types de transducteurs magnétostrictifs ; magnétostriction spontanée et magnétostriction induite par le champ.

Magnétostriction spontanée

La magnétostriction spontanée se produit à partir de l'ordre magnétique des moments atomiques sous la température de Curie. Ce type de magnétostriction est utilisé dans l'alliage à base de NiFe appelé invar et il ne présente aucune augmentation thermique jusqu'à sa température de curie.

L'aimantation à saturation du matériau diminue lors du chauffage à la température de Curie en raison d'une diminution de la quantité d'arrangement des moments magnétiques atomiques. Lorsque cet arrangement et l'aimantation à saturation diminuent, l'expansion de volume diminue également par la magnétostriction spontanée et le matériau se contracte.

Dans le cas de l'invar, cette contraction due à la perte de magnétostriction spontanée équivaut à l'expansion causée par les méthodes habituelles de vibration thermique et, par conséquent, le matériau montrera qu'il n'y a pas de changement dans les dimensions. Mais au-dessus de la température de Curie, une dilatation thermique se produit normalement et il n'y a plus d'ordre magnétique.

Magnétostriction induite par le champ

La magnétostriction induite par le champ se produit principalement principalement à partir de l'arrangement du domaine magnétique sur une application de champ appliqué. Le matériau Terfenol présente la plus grande magnétostriction utile, qui est le mélange de Tb, Fe et Dy. Le matériau Terfenol est utilisé pour les capteurs de position, les capteurs de champ, les actionneurs mécaniques et les haut-parleurs.

Les capteurs de charge à disposition magnétostrictive (ou) fonctionnent simplement grâce au fait que chaque fois qu'un matériau magnétostrictif subit une contrainte, la magnétisation du matériau change. Habituellement, les actionneurs Terfenol comprennent une tige Terfenol qui est disposée sous compression pour disposer les domaines magnétiques sur la longueur de la tige perpendiculairement. Une bobine est utilisée autour de la tige de Terfenol, un champ est appliqué à la tige pour aligner les domaines sur toute sa longueur.

Différence entre le transducteur magnétostrictif et piézoélectrique

La différence entre un transducteur magnétostrictif et piézoélectrique comprend les éléments suivants.

Transducteur magnétostrictif	Transducteur piézoélectrique
Un transducteur de magnétostriction est un dispositif utilisé pour convertir l'énergie mécanique en énergie magnétique et vice versa.	Un capteur piézoélectrique est un appareil utilisé pour mesurer les changements d'accélération, de pression, de température, de force ou de contrainte en les transformant en une charge électrique.
Le transducteur magnétostrictif comprend un grand nombre de plaques ou tôles de nickel.	Le transducteur piézoélectrique comprend un disque en matériau céramique piézoélectrique simple ou double épaisseur normalement PZT (Plomb Zirconate Titanate).
Le concept consiste à modifier la dimension ou la forme d'un matériau magnétique lors de l'aimantation.	Le concept de ceci est l'accumulation de charge électrique en appliquant une pression mécanique.
Ce transducteur est moins sensible que le transducteur piézoélectrique en raison de l'action du champ magnétique terrestre.	Ce transducteur est plus sensible.
Ce transducteur utilise la propriété du matériau magnétostrictif.	Ce transducteur utilise la propriété du matériau piézoélectrique.
Le motif de trait est elliptique.	Le motif de trait est linéaire.
La gamme de fréquence est de 20 à 40kHz.	La gamme de fréquences est de 29 à 50 kHz.
La zone de pointe active est de 2,3 mm à 3,5 mm.	La zone de pointe active est de 4,3 mm en fonction de la fréquence.

Comment choisir un transducteur magnétostrictif ?

La sélection d'un transducteur magnétostrictif peut se faire sur la base des spécifications ci-dessous.

Ce transducteur doit utiliser un type de matériau magnétique pour pouvoir interagir et cartographier très précisément les distances.
Le transducteur doit permettre des mesures sans contact et sans usure.
Sa portée doit être de 50 à 2500 mm.
Sa résolution maximale doit être d'environ 2 µm.
La linéarité maximale doit être de ±0,01 %.
La vitesse de déplacement doit être inférieure à 10 m/s.
La sortie analogique est de 0 à 10 V, 4 à 20 mA.
24 VDC ±20 % Alimentation en tension
Classe de protection IP67
La température de fonctionnement doit être comprise entre -30 et +75 °C.

Avantages et inconvénients

Le avantages d'un transducteur magnétostrictif inclure les éléments suivants.

Ces transducteurs sont fiables, sans entretien, réduisent considérablement le potentiel d'erreurs de fonctionnement et les temps d'arrêt de la machine
Les transducteurs magnétostrictifs n'ont pas de pièces de contact, ils ont donc une durée de vie plus longue.
Ceux-ci sont plus précis que les transducteurs à contact fixe.
Ils ont une bonne sensibilité, une inspection à longue portée, une durabilité, une mise en œuvre facile, etc.

Le inconvénients d'un transducteur magnétostrictif inclure les éléments suivants.

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Les transducteurs magnétostrictifs sont chers.
Le transducteur magnétostrictif a des limitations de taille physique, il est donc limité à fonctionner à des fréquences inférieures à 30 kHz environ.

Applications

Le applications d'un transducteur magnétostrictif inclure les éléments suivants.

Le transducteur magnétostrictif est utilisé pour la mesure de position.
Ce transducteur joue un rôle clé dans la conversion de l'énergie mécanique en énergie magnétique.
Auparavant, cet appareil était utilisé dans différentes applications, notamment les couplemètres, les hydrophones, les dispositifs de balayage sonar, les récepteurs téléphoniques, etc.
À l'heure actuelle, il est utilisé pour fabriquer différents dispositifs tels que des moteurs linéaires à haute force, des systèmes de contrôle du bruit ou des vibrations actives, des ultrasons médicaux et industriels, des positionneurs pour l'optique adaptative, des pompes, etc.
Ces transducteurs sont principalement développés pour fabriquer des outils chirurgicaux, des traitements chimiques, des traitements de matériaux et des sonars sous-marins.
Les transducteurs magnétostrictifs sont utilisés pour mesurer le couple développé par les arbres rotatifs dans les parties mobiles des machines.
Cette application de transducteur est divisée en deux modes ; impliquant l'effet Joule et l'autre est l'effet Villari. Lorsque l'énergie magnétique en énergie mécanique est convertie, elle est utilisée pour produire une force dans le cas des actionneurs et peut être utilisée pour détecter un champ magnétique dans le cas des capteurs. Si l'énergie mécanique devient magnétique, elle est utilisée pour détecter un mouvement ou une force.

Ainsi, ceci est une vue d'ensemble du transducteur magnétostrictif. Ce transducteur est également appelé transducteur magnéto-élastique. Ces transducteurs possèdent une impédance d'entrée mécanique extrêmement élevée et conviennent à la mesure de forces statiques et dynamiques importantes, d'accélération et de pression. Ils sont forts dans les caractéristiques de construction et lorsque ces transducteurs sont utilisés comme transducteurs actifs, l'impédance de sortie sera faible. Voici une question pour vous, qu'est-ce que Magnétostriction Phénomène?