晴过雨天甘肃天星稀土功能材料有限公司、浙江椒光稀土材料有限公司等，通过掺杂改变
比例成分的方法，可制备出各种性能优异的稀土超磁致伸缩材料，其制备方法已
经达到了国际领先水平。在材料应用研究方面，冶金部钢铁研究总院和中科院声
学研究所研制出了国产的大功率低频声纳；甘肃天星稀土功能材料有限公司研制
了智能振动实效装置设备；2002年大连理工大学贾振元、杨兴等研究出了新型
微位移执行器；2005年清华大学李翠红、叶子申等利用超磁致伸缩微驱动器设
计了一种蠕动机构；2008年王玉生利用GMM设计出新型平板扬声器等[5]。但
与国际先进行列相比，我国在此材料应用研究方面整体还处于比较落后的位置。
3 超磁致伸缩材料的实际应用
超磁致伸缩材料由于其独特且优异的性能被广泛应用于各个行业，特别适用
于军事领域，是国防战略性资源材料。通过最近几十年的发展，以GMM材料为
基础的工业产品就有上千种，以下仅从几大角度对GMM的应用进行分析。
3.1 声学应用领域
（1）低频声纳探测系统
在大功率低频声纳系统方面，国际上使用较多也较为先进的水声换能器是方
环换能器[6]（如图2），是由美国的Gould公司与Rayfhlon公司共同研制生产出
来的。它最大的特点是在低频中仍具备大功率，因而声信号衰减小，传输距离远，
而且体积小，耐高压。在许多发达国家的海军装备中，其声纳系统都是由这种先
进的GMM器材所构建。
（2）超声应用系统
由GMM制成的大功率超声换能器，不仅广泛应用于破碎、焊接、医疗器械、
分离、清洗这些领域，还可使化工过程的化学反应加速、农作物大幅度增产等。
一般的大功率磁致伸缩超声换能器结构如图3所示，它的基本工作原理为：线圈
中通入交流电，产生交变驱动磁场，该磁场使超磁致伸缩棒频繁伸长、缩短，
随着伸缩棒的伸长及缩短，输出杆产生超声振动，从而传递出大功率声能[7]。
3.2力传感领域
由于稀土超磁致伸缩材料存在一个重要的物理效应—磁致伸缩逆效应，人们
就利用这一物理效应制备出了高灵敏力传感器[8]（如图4）。这种力传感器比压
电陶瓷传感器的性能更突出，具有体积轻巧、抗干扰能力强、过载能力好、工艺
简单、长寿命等优点，不仅可以用于静态力测量，还适用于动态力的测量，普遍
适合在应用在重工业、化学化工、自动化控制系统等领域。
日本的M.Sahashi等发明的接触型扭矩传感器，其灵敏度比传统的金属电阻
薄膜扭矩应变计要高10倍[9]，日本Kyushn大学研制的非接触型扭矩传感器，
可以测量瞬间扭。最近由我国研制的一种新型轴向扭矩传感器如图5所示，它具
有非接触检测、高灵敏度、耐用及小型化等特点，适用于电动助力转向器[10]。
3.3 磁场探测领域
利用磁致伸缩材料的正效应，可以制成各种各样的测量磁场强度的磁强计。
最早的GMM磁强计是由美国衣阿华大学的R.Chung等人在1991年研发出来的，
其传感器的灵敏度达到8.29 10 7 m，精度达到了160 10 6 m A/m[11]。现今
在磁场探测领域对GMM的应用研究已经转变到了磁—光类型的传感器的研究，
武汉理工大学已经开发出磁场光纤传感器原形，成功地将磁—电传感类型升级为磁—光传感类型， 其性能指标动态范围为：102Gs~10 2Gs，灵敏度为：10 3Gs~10 4Gs，可用于自导武器引信等尖端领域[12]。国防科技大学的刘吉延等采用超磁致伸缩薄膜制成的光纤磁场传感器如图6所示，其采用了磁控溅射工艺，由计算机进行控制，在裸光纤表面镀制均匀的TbDyFe超磁致伸缩薄膜[13]。新型的磁—光类型传感器比传统的磁—电类型传感器灵敏度更大，广泛适用于地质探矿、生物工程、军事制导等领域。
3.4 精密控制领域
由于GMM具有高响应速度、磁致伸缩灵敏、输出应力大等主要特征，现今普遍用于航天定位、精密油吸、微机器人等精密控制领域[1]。可以说，到目前为止，GMM在此领域的应用和人们对它的研究是最广泛和最为前沿的，用GMM制备的精密控制器件包括了薄膜型执行器、纳米级致动器、微型泵、高速开关等等。以下仅简单地介绍一下国外和我国在此领域的一些研究成果以及产品的应用原理。
（1）新型液位传感器[14]
美国的MTS公司首先将磁致伸缩原理用于液体测量技术，并开发出来了新型的油罐液体传感器，这种传感器可以实现非接触高精度地测量液体的液位和界位，而且具有多点测量多参数、寿命长等特点。而中国还处在引进国外产品的应用研究与开发阶段，但发展很快。目前我国的一些公司比如瑞安市智能仪表公司、航天智控工程公司、康宇测控仪器仪表工程公司等都推出了自己生产的新型液位传感器。
一般的GMM液位传感器结构如图7所示，其主要由保护套管、波导管、浮子和测量头组成，工作原理为：移动的磁浮子在波导管中就会产生轴向磁场，而脉冲发生电路产生脉冲，当此脉冲沿铜丝遇到轴向磁场时就形成螺旋形磁场，由于GMM的维德曼效应存在，波导管即产生波导扭曲，同时也产生一个应变脉冲的超声波信号，超声波即被接收转换成为电脉冲输送出去。
图7 超磁致伸缩液位传感器 Fig.7 Giant magnetostrictive liquid
level sensors
