在工程檢測(cè)過(guò)程，經(jīng)常會(huì)用到稀土超磁換能器，其主要原理采用了磁致伸縮現(xiàn)象。本文天功測(cè)控小編為您揭秘：什么是磁致伸縮現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因。

        什么是磁致伸縮現(xiàn)象
 
        磁致伸縮現(xiàn)象是指磁性材料在磁場(chǎng)的作用下，其體積和長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生微小變化的現(xiàn)象。根據(jù)長(zhǎng)度和體積變化的不同又分為線性磁致伸縮和體積磁致伸縮，其中線性磁致伸縮指材料在長(zhǎng)度上的變化，體積磁致伸縮指在體積上發(fā)生的微小變化。通常在實(shí)際變形中，材料的體積磁致伸縮會(huì)比線性磁致伸縮弱很多，所以人們通常所說(shuō)的磁致伸縮一般都指材料的線性磁致伸縮（如圖 1-1 所示）。由于這種現(xiàn)象最早由焦耳在 Ni材料中發(fā)現(xiàn)的，因此又被稱為焦耳現(xiàn)象或焦耳效應(yīng)。

圖 1-1 線性磁致伸縮示意圖
       

        磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

        根據(jù)磁疇理論可知，磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是鐵磁性材料在居里溫度點(diǎn)下會(huì)自發(fā)磁化并形成大量磁疇，磁疇內(nèi)的晶格會(huì)在磁力的作用下發(fā)生一定的變形，且每個(gè)磁疇中的電子會(huì)在一定范圍內(nèi)自發(fā)的排列，從整體上來(lái)說(shuō)，整個(gè)鐵磁材料可以當(dāng)成是由很多磁疇組成的。當(dāng)沒(méi)有外加的磁場(chǎng)時(shí)，所有磁疇的自發(fā)磁化方向的取向是隨機(jī)的，從統(tǒng)計(jì)學(xué)方面來(lái)說(shuō)，對(duì)整個(gè)材料的磁矩值求平均值應(yīng)為零，這說(shuō)明材料在宏觀上是沒(méi)有磁性的，即材料的體積和長(zhǎng)度不會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)處于外加磁場(chǎng)環(huán)境中時(shí)，磁疇會(huì)偏轉(zhuǎn)原來(lái)的自磁化方向，使其與外加磁場(chǎng)方向一致，磁疇方向的偏轉(zhuǎn)成一致，會(huì)在該方向上產(chǎn)生磁場(chǎng)力，使鐵磁材料在該方向上受力變形（拉伸），從而出現(xiàn)了磁致伸縮現(xiàn)象。在一定的范圍內(nèi)，鐵磁材料的磁致伸縮現(xiàn)象會(huì)隨著外加磁場(chǎng)的增大而增大，但是當(dāng)加磁場(chǎng)超過(guò)一定范圍后磁致伸縮現(xiàn)象基本保持不變，也就是說(shuō)此時(shí)材料的變形（應(yīng)變）達(dá)到飽和了。鐵磁材料還有兩個(gè)特征，第一當(dāng)外在的磁場(chǎng)消失后，材料會(huì)慢慢恢復(fù)成原始狀態(tài)，第二當(dāng)外加磁場(chǎng)的方向改變時(shí)，材料的變形方向并不會(huì)隨之改變而改變，會(huì)繼續(xù)在原來(lái)方向上變形（拉伸）。

如圖 1-2 為磁致伸縮現(xiàn)象的原理圖

        不同的鐵磁材料在同樣的外加磁場(chǎng)力下所產(chǎn)生的磁致伸縮效應(yīng)會(huì)不同，這時(shí)我們用磁致伸縮系數(shù)來(lái)衡量鐵磁材料的線性磁致伸縮大小[10]。其表達(dá)式為：λ=(lH-lo)/lo

       其中：lH 為鐵磁材料在外磁場(chǎng)作用下伸長(zhǎng)(或縮短)之后的長(zhǎng)度；lo為鐵磁材料的初始長(zhǎng)度；λ 為鐵磁材料的磁致伸縮系數(shù)，為無(wú)量綱，其大小隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化而變化[11]，如圖1-3 所示。