1.磁致伸縮效應(yīng) 磁致伸縮效應(yīng): 在外磁場作用下,鐵磁性物質(zhì)尺寸變化 ; 在去掉外磁場后,其又恢復(fù)原來的長度。由于在磁場作用下,磁致伸縮材料長度線性變化,發(fā)生位移 ; 或在交變磁場作用發(fā)生反復(fù)變化,從而產(chǎn)生振動(dòng)或聲波 ; 這種材料可將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能,相反也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電磁能; 前者稱為磁致伸縮效應(yīng),后者稱為壓磁效應(yīng)。 在一定磁場強(qiáng)度作用下,鐵氧體磁性金屬產(chǎn)生長度變化,可以理解是由于磁化而導(dǎo)致原子間距的微小改變。在一個(gè)交變磁場中,可以看到磁致伸縮的金屬條按照交變磁場的頻率在振動(dòng)。若交變磁場的頻率與金屬條諧振頻率一致的話,其振幅,即產(chǎn)生共振,這一效應(yīng)對(duì)坡莫合金(或稱鐵鎳合金)尤其明顯。 另一方面,這種磁致伸縮效應(yīng)又具有可逆性,即壓磁效應(yīng)。因此,當(dāng)交變磁場頻率與聲磁標(biāo)簽中的金屬條諧振頻率一致時(shí),其中坡莫合金條開始振動(dòng)。當(dāng)關(guān)斷交變磁場時(shí),聲磁標(biāo)簽就會(huì)像音叉一樣維持一定時(shí)間的阻尼振動(dòng),并產(chǎn)生共振信號(hào),作為交變磁場的空間延伸,可通過接收器檢測到這種共振信號(hào)。 用磁致伸縮系數(shù)λ來描述磁致伸縮效應(yīng),λ=(LH-L0)/L0,L0為物質(zhì)原有長度,LH為在外磁場作用下物質(zhì)變化后的長度。由于坡莫合金具有高磁致伸縮系數(shù),如: Ni50坡莫合金λ=25×10-6,Ni80坡莫合金λ=(0.1"0.5)×10-6,所以,坡莫合金的磁致伸縮系數(shù)均較大,標(biāo)簽產(chǎn)生的共振信號(hào)也較大。
2.磁機(jī)械耦合系數(shù)k 當(dāng)坡莫合金薄帶在偏磁場下受到交變磁場的激勵(lì)時(shí),由于磁致伸縮效應(yīng)與壓磁效應(yīng),薄帶內(nèi)產(chǎn)生磁能與機(jī)械能之間的交替轉(zhuǎn)換,這種能量的轉(zhuǎn)換稱為磁機(jī)械耦合,用磁機(jī)械耦合系數(shù)k來衡量其大小,并用下述方法確定k值。聲磁標(biāo)簽內(nèi)核心元件是坡莫合金薄帶。 根據(jù)唯象理論,磁機(jī)械耦合系數(shù)k表示為: 上式中fr為共振頻率,fa為反共振頻率。 根據(jù)聲磁標(biāo)簽測試的諧振曲線,如圖2所示。當(dāng)激勵(lì)信號(hào)頻率為57.9kHz時(shí),諧振曲線達(dá)到值,即fr=57.9kHz ; 當(dāng)激勵(lì)信號(hào)頻率為59.7kHz時(shí),諧振曲線達(dá)到小值,即fa=59.7kHz。因此,計(jì)算磁機(jī)械耦合系數(shù)k=0.251。 顯然,聲磁標(biāo)簽存在共振點(diǎn)和反共振點(diǎn),在很小的激勵(lì)磁場的作用下,它能產(chǎn)生較大的共振信號(hào),而且兩點(diǎn)間電壓差較大,說明標(biāo)簽有較大的磁機(jī)械耦合系數(shù)。尖銳諧振曲線表明標(biāo)簽有較高的Q值和較窄的帶寬以及較強(qiáng)的選擇性。因此,若設(shè)置適當(dāng)偏置磁場,使其工作在特性較好的區(qū)域,可以獲得較高的共振信號(hào)和較強(qiáng)的頻率穩(wěn)定性。
3.音叉效應(yīng) 聲磁標(biāo)簽是由小塑料盒組成,長約為40mm,寬為8"14mm,厚為1mm(現(xiàn)有更薄的)。在小盒中,由兩種金屬條構(gòu)成類似于音叉的結(jié)構(gòu),一種是固定在塑料盒上的硬磁金屬條,另一種是能自由振動(dòng)的軟磁坡莫合金條。根據(jù)標(biāo)簽的特殊材料和結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其具有一定的諧振頻率; 當(dāng)外加交變磁場頻率與標(biāo)簽諧振頻率一致時(shí),就會(huì)產(chǎn)生共振。由于存在磁致伸縮效應(yīng)與壓磁效應(yīng),當(dāng)外加交變磁場消失后,標(biāo)簽仍會(huì)產(chǎn)生阻尼振蕩,形成磁場能與機(jī)械能交替轉(zhuǎn)換模式,產(chǎn)生衰減型共振信號(hào),這是一種聲磁復(fù)合信號(hào)。典型聲磁標(biāo)簽的工作頻率為58kHz,音叉共振信號(hào)類似于超聲波,因此,抗干擾能力和穿透力極強(qiáng),這是區(qū)別于其他標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)。 在利用音叉效應(yīng)識(shí)別過程中,實(shí)際上是電磁能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的過程,但是,由于磁敏器件的換能效率低,需要強(qiáng)大的發(fā)射功率,如小磁場強(qiáng)度的典型值大于16A/m,所以,聲磁系統(tǒng)的天線檢測器較為龐大。