磁致伸缩材料的特性及换能器的工作原理（一）

(1)磁滞回线

铁磁物质在磁场强度变化的磁场中被磁化时，会产生磁滞现象。如图4-1所示，横坐标为磁场强度H，纵坐标为铁磁物质中的磁感应强度B，图中形成的闭合曲线被称为磁滞回线。磁滞回线是这样产生的：

①当H值从0开始逐渐增大时，B值随之增大，在坐标轨迹从0 (坐标原点)行至a(H_m，B_m)时形成磁饱和，B达到最大值B_m后不再随H值的增大而变化。

②当H值由H_m回到0时，由于B值的变化滞后于H，因而保留了称为剩磁的B_r值，其坐标轨迹沿另外一条曲线降到b(0，B_r)。若要使B值为0，需在横坐标轴上反向加一个被称为矫顽磁场强度的H_c，使坐标轨迹运行到c(-H_c，0)。此时再增加反向的H值，达到反向磁饱和点d( -H_m，-B_m)。

③同样由于磁滞现象的存在，由H值和B值的变化使坐标轨迹从d点，经过e(0， -B_r)、f(H_c， 0)返回a时也形成一条新的曲线。如果磁场强度在-H_m到H_m之间作周期性变化，磁感应强度也作周期性变化，由于B总滞后于H，因此形成了两条相对坐标原点对称、首尾相连的闭合曲线abcdefa，即磁滞回线。

磁滞回线表示了铁磁物质在磁化过程中磁感应强度与磁场强度呈周期性变化的关系。其间所产生的“磁滞”使铁磁体中储存的磁能一部分变成了热量，造成了磁滞损耗。

磁滞伸缩换能器通常是在极化状态下工作的，也就是在铁磁体内事先固化一个恒定的、较大的磁场H₀，再将交变磁场H〜叠加在H₀上，恒定的H₀在铁磁体内激发出磁感应强度B₀，而交变的磁感应强度所产生的B〜在（B₀， H₀）坐标处形成一个椭圆形的磁滞回线，如图4-2所示。

如果叠加的交变磁场是随时间作谐和变化的磁场，即，则磁感应强度可用下式表示

式中，φ1为铁磁体中的动态磁滞损耗角，。

对于这种情况，其动态磁导率μi为

式中，为复数导磁率的模。

H_c、B_r和μ是磁性材料的重要参数，可根据这些参数来区分磁性材料。H_c大，B_r大，μ小的材料为硬磁材料；H_c小，μ大的材料为软磁材料。