工程科学学报，第38卷，第11期：1584-1589,2016年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.11:1584-1589,November 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.11.011:http://journals.ustb.edu.cn 激光多普勒准静态法测量磁致伸缩系数 李英明2，莫喜平)，潘耀宗”，刘永平”，张运强) 1)中国科学院声学研究所，北京1001902)中国科学院大学物理科学学院，北京100049 ☒通信作者，E-mail:moxp@mail.ioa.ac.cn 摘要提出了一种利用激光多普勒测量磁致伸缩系数的方法，理论分析了激光多普勒测量磁致伸缩系数的工作原理，设计 了铁镓合金棒材的测试系统.对铁镓合金棒(Galfenol)的准静态磁致伸缩系数进行测量.结果显示，该方法所获得应变与出 厂数据符合较好，在10Hz驱动电流下获得铁镓合金棒的动态变化曲线.该测量方法具有以下优势：(1)能够实现非接触测 量：(2)可以测量铁镓合金棒端面任意点的应变情况：(3)测量结果准确度较高：(4)测量操作简单 关键词铁镓合金：磁致伸缩：激光：多普勒效应 分类号TG132.2·7 Magnetostriction quasi-static measurements with laser Doppler effect LI Ying-ming,MO Xi-ping,PAN Yao-zong,LIU Yong ping,ZHANG Yun-giang 1)Institute of Acoustics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China 2)School of Physical Science,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China Corresponding author,E-mail:moxp@mail.ioa.ac.cn. ABSTRACT A quasi-static method for measuring the magnetostrictive coefficient of Fe-Ga alloys by using laser Doppler effect was put forward,and its working principle was also analyzed.The quasi-static magnetostrictive coefficient of Galfenol was measured.The results show that strains obtained from the measuring setup are consistent with factory data,and the dynamic characteristics curve of Galfenol driven by 10 Hz current is obtained.This method has the following advantages:(1)noncontact measurement can be imple- mented,(2)the strain of magnetostriction in any point of the rod surface can be measured,(3)the accuracy is better,and (4)little operator skill is required. KEY WORDS iron gallium alloys:magnetostriction:laser:Doppler effect 20世纪70年代，稀土超磁致伸缩材料的问世大系数在磁致伸缩材料应用中作为一个重要特性参数， 大推动了磁致伸缩材料在国防、航空和高技术领域的 其动态数据的缺乏限制其在精确器件上的应用.常用 应用.其主要包括声学领域的军用声纳系统，微位移 的测量方法为应变电阻片法，其测量原理清楚，对器材 领域的微位移致动与检测、高能微动力装置，力学传感 没有特别要求，是测量棒体材料的磁致伸缩系数普遍 器领域的静力振动、冲击力和扭力，磁学领域、热学领 采用的方法，翁玲等国采用应变电阻片法设计了铁镓 域-等.铁镓合金(Galfenol)是一种新型磁致伸缩材 合金磁特性测试装置.激光测振技术是另一种测试磁 料，自铁镓合金发现以来国内外学者对其开展了深入 致伸缩系数方法，其首先应用在单层薄硅钢片的测量 研究，研究内容涵盖组织结构以及温度对磁致伸 上0，测量50z交流电驱动时硅钢片的振动特性以 缩和力学性能的影响.国外学者对铁镓合金在磁场感 分析变压器等设备的噪声.测试装置中有两片反光镜 应、减震器等方面的应用也展开了研究-可.磁致伸缩 粘在硅钢片上，作为测量点：硅钢片放置在光滑的玻璃 收稿日期：2015-12-17 基金项目：国家自然科学基金资助项目(11304350)：中国科学院青年创新促进会资助项目(2014021)工程科学学报，第 38 卷，第 11 期: 1584--1589，2016 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 11: 1584--1589，November 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 11． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn 激光多普勒准静态法测量磁致伸缩系数 李英明1，2) ，莫喜平1) ，潘耀宗1) ，刘永平1) ，张运强1) 1) 中国科学院声学研究所，北京 100190 2) 中国科学院大学物理科学学院，北京 100049  通信作者，E-mail: moxp@ mail． ioa． ac． cn 摘 要 提出了一种利用激光多普勒测量磁致伸缩系数的方法，理论分析了激光多普勒测量磁致伸缩系数的工作原理，设计 了铁镓合金棒材的测试系统． 对铁镓合金棒( Galfenol) 的准静态磁致伸缩系数进行测量． 结果显示，该方法所获得应变与出 厂数据符合较好，在 10 Hz 驱动电流下获得铁镓合金棒的动态变化曲线． 该测量方法具有以下优势: ( 1) 能够实现非接触测 量; ( 2) 可以测量铁镓合金棒端面任意点的应变情况; ( 3) 测量结果准确度较高; ( 4) 测量操作简单． 关键词 铁镓合金; 磁致伸缩; 激光; 多普勒效应 分类号 TG132. 2 + 7 Magnetostriction quasi-static measurements with laser Doppler effect LI Ying-ming1，2) ，MO Xi-ping1)  ，PAN Yao-zong1) ，LIU Yong-ping1) ，ZHANG Yun-qiang1) 1) Institute of Acoustics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China 2) School of Physical Science，University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China  Corresponding author，E-mail: moxp@ mail． ioa． ac． cn． ABSTＲACT A quasi-static method for measuring the magnetostrictive coefficient of Fe--Ga alloys by using laser Doppler effect was put forward，and its working principle was also analyzed． The quasi-static magnetostrictive coefficient of Galfenol was measured． The results show that strains obtained from the measuring setup are consistent with factory data，and the dynamic characteristics curve of Galfenol driven by 10 Hz current is obtained． This method has the following advantages: ( 1) noncontact measurement can be imple￾mented，( 2) the strain of magnetostriction in any point of the rod surface can be measured，( 3) the accuracy is better，and ( 4) little operator skill is required． KEY WOＲDS iron gallium alloys; magnetostriction; laser; Doppler effect 收稿日期: 2015--12--17 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 11304350) ; 中国科学院青年创新促进会资助项目( 2014021) 20 世纪 70 年代，稀土超磁致伸缩材料的问世大 大推动了磁致伸缩材料在国防、航空和高技术领域的 应用． 其主要包括声学领域的军用声纳系统，微位移 领域的微位移致动与检测、高能微动力装置，力学传感 器领域的静力振动、冲击力和扭力，磁学领域、热学领 域［1--2］等． 铁镓合金( Galfenol) 是一种新型磁致伸缩材 料，自铁镓合金发现以来国内外学者对其开展了深入 研究［3--5］，研究内容涵盖组织结构以及温度对磁致伸 缩和力学性能的影响． 国外学者对铁镓合金在磁场感 应、减震器等方面的应用也展开了研究［6--7］． 磁致伸缩 系数在磁致伸缩材料应用中作为一个重要特性参数， 其动态数据的缺乏限制其在精确器件上的应用． 常用 的测量方法为应变电阻片法，其测量原理清楚，对器材 没有特别要求，是测量棒体材料的磁致伸缩系数普遍 采用的方法，翁玲等［8］采用应变电阻片法设计了铁镓 合金磁特性测试装置． 激光测振技术是另一种测试磁 致伸缩系数方法，其首先应用在单层薄硅钢片的测量 上［9--10］，测量 50 Hz 交流电驱动时硅钢片的振动特性以 分析变压器等设备的噪声． 测试装置中有两片反光镜 粘在硅钢片上，作为测量点; 硅钢片放置在光滑的玻璃