自從常溫下 GMM 的發(fā)現(xiàn)，對(duì) GMM 優(yōu)良特性的應(yīng)用一直受到科技界、工業(yè)界尤其是軍事部門(mén)的高度關(guān)注。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制近千種應(yīng)用器件。
1、在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究
在磁場(chǎng)的作用下，GMM 會(huì)產(chǎn)生磁致伸縮，這是GMM 的正效應(yīng)，利用此正效應(yīng)可以制作檢測(cè)磁場(chǎng)、電流、應(yīng)變等各種元器件。1991 年美國(guó)依阿華大學(xué)的 R.Chung 等開(kāi)發(fā)出一種超磁致伸縮激光二極管磁強(qiáng)計(jì)原型，精度為 1.6 X10-4μmA／m。海軍采用 GMM 開(kāi)發(fā)了磁致伸縮應(yīng)變計(jì)，相比于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，它具有更大的動(dòng)態(tài)范圍、更高的靈敏度和精度，并且它的溫度依賴性小，可測(cè)應(yīng)變量最小達(dá)到 3×10-10。
在交變負(fù)載力的作用下，會(huì)引起 GMM 內(nèi)部磁化狀態(tài)的改變，這是 GMM 的逆效應(yīng)，利用其逆效應(yīng)，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)的變化，可以將 GMM 制成扭矩、壓力、位移等傳感器件。日本東芝公司 M.Sahashi 等發(fā)明了用磁致伸縮薄膜制作的接觸型扭矩傳感器，其動(dòng)態(tài)范圍大、響應(yīng)快，靈敏度比傳統(tǒng)金屬電阻薄膜制成的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變計(jì)高 10 倍。MTS 系統(tǒng)公司是磁致伸縮位移測(cè)量技術(shù)的開(kāi)拓者，其生產(chǎn)的 Temposonics 磁致伸縮線性位移傳感器和 Level Plus 液位計(jì)，適用于多種不同的工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境。圖 1 為磁致伸縮液位傳感器，由測(cè)量頭、波導(dǎo)管、磁浮子組成，其中測(cè)量頭由脈沖發(fā)生、回波接收、信號(hào)檢測(cè)、處理電路組成，它是綜合利用浮力效應(yīng)、磁致伸縮效應(yīng)、磁機(jī)械效應(yīng)等原理進(jìn)行工作，通過(guò)檢測(cè)從發(fā)生電脈沖至接收到磁浮子的返回脈沖之間的實(shí)際間隔來(lái)計(jì)算液面和界面的位置。由于時(shí)間檢測(cè)可以達(dá)到很高的準(zhǔn)確度，而且還可采用溫度補(bǔ)償?shù)却胧源胖律炜s位移傳感器能夠達(dá)到很高的精度。
2、在磁電-機(jī)械換能器中的應(yīng)用
GMM 的磁電-機(jī)械換能器具有大位移、響應(yīng)快、可靠性高、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，因而在超精密加工、微馬達(dá)、振動(dòng)控制以及流體機(jī)械等工程領(lǐng)域均顯示出良好的應(yīng)用前景，是一種很有潛力的新型智能驅(qū)動(dòng)元件。
(1)在超精密加工中的應(yīng)用。目前精度達(dá)到納米級(jí)的超精密定位系統(tǒng)大多采用基于壓電陶瓷材料的致動(dòng)元件，其輸出功率低，且必須采取有效措施防止沖擊力和高驅(qū)動(dòng)電壓造成的擊穿短路等問(wèn)題，GMM 驅(qū)動(dòng)元件輸出位移是壓電致動(dòng)元件的數(shù)十倍，且可低阻抗運(yùn)行。日本茨城大學(xué)江田弘和東芝公司的Kobayashi 合作設(shè)計(jì)了定位精度達(dá)到納米級(jí)而動(dòng)超磁致伸縮致動(dòng)器，成功應(yīng)用于大型光學(xué)金剛石車(chē)床的微進(jìn)給裝置。
(2)在微型馬達(dá)中的應(yīng)用。F.Claeyssen 利用Terfenol-D 棒研制成功一種尺蠖式馬達(dá)。當(dāng)線圈中通入電流并且位置發(fā)生變化時(shí)，超磁致伸縮棒交替伸縮，從而像蟲(chóng)子一樣蠕動(dòng)前進(jìn)。美國(guó) J．M．Vranish 等采用 GMM 也利用蠕動(dòng)原理，開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)動(dòng)式步進(jìn)電機(jī)。
(3)在
磁性材料振動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用。主動(dòng)減振降噪機(jī)構(gòu)是利用傳感器檢測(cè)減振對(duì)象的振動(dòng)位移信號(hào)，經(jīng)控制器處理后輸出一個(gè)相應(yīng)的控制信號(hào)到致動(dòng)器，由致動(dòng)器產(chǎn)生大小相等、方向相反的位移以抵消振動(dòng)。采用超磁致伸縮致動(dòng)器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動(dòng)減振降噪系統(tǒng)低頻特性好，振動(dòng)衰減量最大可達(dá) 70％，頻率范圍為 0~5 kHz。
日本的 K.0hmate K 等采用 Terfenol-D 設(shè)計(jì)了三連桿臂型半主動(dòng)振動(dòng)控制裝置，可減緩由于地震、強(qiáng)風(fēng)等產(chǎn)生的振動(dòng)。該裝置可在 3 個(gè)直線或轉(zhuǎn)動(dòng)方向產(chǎn)生可控的摩擦力和摩擦力矩。美國(guó) M.Anjanappa 等將超磁致伸縮致動(dòng)器應(yīng)用于振動(dòng)的主動(dòng)控制中，并對(duì)其工作原理進(jìn)行了理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，首次給出了考慮熱效應(yīng)的超磁致伸縮致動(dòng)器的基本數(shù)學(xué)模型。
(4)在流體機(jī)械中的應(yīng)用。目前，超磁致伸縮磁電-機(jī)械換能器廣泛地應(yīng)用于各種閥門(mén)、燃油噴射系統(tǒng)和微型泵。M.Goodfriend 等人采用超磁致伸縮致動(dòng)器改造比例滑閥；T.Urai 等采用超磁致伸縮致動(dòng)器研制了直動(dòng)式伺服閥；瑞典 ABB 公司用 Terfenol-D 為驅(qū)動(dòng)元件設(shè)計(jì)了流體泵；一家瑞典公司將 Terfenol-D 用于
磁性材料燃料噴射閥的驅(qū)動(dòng)，并申請(qǐng)了專(zhuān)利；日本用 Terfenol-D 制成了微型隔膜泵。英國(guó) SanTechnology 公司的 A.D.Bushko，和 J.H.Goldie 用Terfenol-D 棒制成了微型高壓隔膜泵，其結(jié)構(gòu)如圖 2，結(jié)合水力和電控裝置，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)力、大位移的水力驅(qū)動(dòng)，既可線性輸出又可旋轉(zhuǎn)輸出，體積小且易于控制，其工作原理通過(guò)線圈驅(qū)動(dòng) GMM 棒發(fā)生伸縮動(dòng)作，推動(dòng)隔膜運(yùn)動(dòng)從而改變工作腔的容積，實(shí)現(xiàn)吸排油。
