用于板结构损伤检测的磁致伸缩传感器

基于铁磁性材料的磁致伸缩特性,提出一种用于非铁磁性板结构损伤检测的磁致伸缩传感器。该传感器分为激励和接收两部分,由8字型线圈、镍带以及偏置永磁铁组成。根据磁致伸缩效应,激励部分在板中激励导波,波在板中传播,遇缺陷及边缘反射,通过磁致伸缩逆效应,由接收部分接收其反射信号。根据反射信号的到达时间和波在板中传播的速度,可判断出板中缺陷所在位置。改变恒定偏置磁场与时变磁场的方向可以在板中激励不同波型的导波。实验结果证明:该传感器设计是可行的,且具有价格便宜、灵敏度高、可与被测结构分离等优点。     

管道超声导波检测用磁致伸缩涂层传感器研究

为克服磁致伸缩带材导波检测技术对耦合剂的依赖,又能满足对异形部件的检测需求,本文提出了一种磁致伸缩涂层导波检测的新方法。结合Fe-Ga磁致伸缩合金具有高的磁机械耦合系数,通过热喷涂技术制备Fe-Ga合金涂层,磁致伸缩为32 ppm。在1m长预置人工缺陷的316L不锈钢管道一端喷涂Fe-Ga涂层,设计磁致伸缩涂层传感器的结构和参数,得到产生偏置磁场与通入直流电的关系为17.05I Oe。通过频散曲线确定管道纵向导波的激励频率为180kHz,当偏置磁场为273 Oe时,得到缺陷处L(0, 1)、L(0, 2)和端面处L(0, 2)的回波信号幅值分别为0.24 V、0.20 V和1.44 V,说明磁致伸缩涂层传感器不仅能检测出缺陷,还能有效克服带材传感器需要耦合剂和适用对象有限的问题,可应用于管道在线监测,具有重要应用前景。     

偏置磁场对Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器性能的影响

利用Fe-Ga合金应变大、驱动简单和磁机耦合系数高的优点制成的Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器是一种新型导波 检测装置,为提高传感器的换能效率,结合Fe-Ga合金材料的非线性本构关系,并且通过实验测量Fe-Ga合金材料的静态特性,初步得到了 Fe-Ga合金材料工作的最佳磁场强度范围,将Fe-Ga合金材料的非线性本构关系耦合到导波传感器中,建立了 Fe-Ga合金磁致伸缩导波传感器激励、传播、接收的模型。通过分析传感器永磁体的提离效应,得出最佳提离距离为2.5ｍｍ,通过对接收电压及应变的分析,得到了传感器的永磁体剩余磁场强度为 1.0Ｔ,选取非均匀分布的静态偏置磁场大小为1.0Ｔ,提离距离为2.5ｍｍ,仿真计算得到接收端的电压峰值为 0.15Ｖ。     

偏置磁场对超磁致伸缩致动器输出特性的影响分析

采用Terfenol-D棒作为超磁致伸缩致动器GMA(Giant Magnetostrictive Actuator)的主要材料,研制了有偏置磁场和无偏置磁场两种超磁致伸缩致动器,分析了具有分段式永磁偏置和无偏置致动器的结构及性能.基于安培定律、磁路基尔霍夫定律、叠加原理对致动器的磁场进行理论分析.为进一步分析磁场分布,创建三维模型,利用有限元仿真软件对GMA内部磁场进行分析和比较,仿真结果表明:分段式永磁偏置结构致动器能够达到理想的偏置要求,无磁场偏置的致动器在电流作用下磁场分布更均匀.实验结果表明:超磁致伸缩致动器输出位移和力的大小分别与Terfenol-D棒长度、直径呈正相关,施加偏置磁场能够改善超磁致伸缩致动器的动静态输出特性,提高致动器静态输出位移和力的线性度,消除动态输出位移与输出力的倍频现象,提高其输出精度.     

导波雷达物位计发射电路的设计分析

导波雷达物位计是一种利用时域反射（TDR）原理实现的高性能物位计,因其测量精确,性能稳定,在现代工业的多个领域得到了广泛地应用。雷达物位计一般采用窄脉冲发射-反射-接收的工作方式进行物位测量,可见脉冲发射电路是其中至关重要的一环。论文在分析和比较常用的几种极窄脉冲产生电路的基础上,提出了采用射频三极管串行级联、并行触发的发射电路设计方案。这样设计不仅可以使三极管在较低偏置电压下雪崩导通,还能有效地消除雪崩依次时延和减小输出脉冲的上升时间。测试结果显示该发射电路能够产生脉宽901．9ps ,幅值2．25V的极窄脉冲,满足了导波雷达物位计对发射脉冲的要求。     

矿井提升机V-M可逆调速系统弱磁控制方案分析

文章概述了磁场换向的矿井提升机V -M可逆调速系统弱磁时的两种控制方案 :一是加入门限电路的转矩的单值调节 ;二是速度自适应调节。详细分析了两种方案的电路及控制原理。     

GMM 、PZT和超声变幅杆复合结构磁电换能器研究

将超磁致伸缩材料(GMM)、压电材料(PZT-5H)与超声变幅杆复合,构造了一种新型的磁电换能器.超声变幅杆具有聚能和放大应变的功能,可以数十到数百倍增强换能过程中对压电材料的激励,提高机电换能输出和增强磁电耦合效应.实验表明,在800 Oe偏置磁场和峰峰值为1 Oe交变磁场激励下,谐振点处的磁电耦合电压峰峰值达到498 mV,在负载电阻为2.55 kΩ时,输出功率达到4.08 μW.     

磁悬浮系统气隙磁场检测方法研究

磁悬浮系统利用电磁铁实现悬浮体的悬浮控制,电磁铁与悬浮体之间的电磁力大小与两者之间的磁场气隙密切相关,磁场气隙的高精度检测关系到悬浮控制性能的好坏.提出了一种基于隧道型磁阻(TMR)传感器阵列的气隙磁场检测方案,采用体积小、灵敏度高、测量精度高的TMR传感器作为磁传感元件,同时在气隙磁场中进行传感器的多点布控,利用传感器阵列来检测气隙磁场的分布.基于该方案研制了磁场检测实验系统进行测试验证,重点介绍了实验系统中标准磁场的建立和磁屏蔽结构设计.实验结果表明:基于TMR传感器阵列的气隙磁场检测方案经测试取得了较好的结果,补偿后的测量不确定度可以达到±0.5 ％FS.     

磁致伸缩触觉传感器的输出特性研究

基于逆磁致伸缩效应和仿生学原理设计了一种新型的磁致伸缩触觉传感器,应用传感器可以测试机械手抓取力和目标物体刚度,根据电磁学理论、逆磁致伸缩效应和胡克定理,建立了触觉传感器的接触力检测模型和刚度检测模型,制作了磁致伸缩触觉传感器,通过磁场调节装置优化了传感器结构,确定了接触力检测和刚度检测方法,对传感器的输出特性进行了理 论分析和实验验证。结果表明,在偏置磁场为2.56ｋＡ/ｍ 时,传感器在0~1Ｎ接触力下有较高的灵敏度,输出电压相对于未施加力时的最大变化值为22.8ｍＶ,该传感器具有结构简单、性能稳定等优点,可以满足机械手对触觉精确感知的要求。     

面向皮卫星的地球磁场测量系统设计

针对姿态控制采取主动磁控方式的皮卫星,介绍了一种适用于皮卫星姿控系统的地球磁场测量系统设计方法。提出了在极端环境中保持系统最佳性能的方案,同时讨论了基于PauTa准则和L~*MAD准则的滤波优化效果,并给出缓解实时性和灵敏度之间矛盾的途径及两种测量磁场的方法即直接测量法和偏置电流带法。实测数据表明,测量结果与标准磁场线性吻合,能够测量毫高斯量级的磁场。整个系统功耗较低、体积小、精度高,不仅能在皮卫星中应用,亦可在手持式电子罗盘、导弹惯性导航等众多场合使用,具有良好的工程应用前景。     

串脉冲超声导波断轨检测技术研究

针对传统的钢轨断轨检测效率低、无法进行实时检测的不足,对串脉冲超声导波断轨检测方法进行了研究.首先为了增强发射能量,同时达到脉冲叠加的目的,研发了脉冲个数、脉宽、间隔均可调的高压串脉冲超声导波发射系统;为了保证接收信号的信噪比和空间精度,用匹配滤波的方法对接收信号进行脉冲压缩.采用研制的串脉冲超声导波断轨检测系统,选用SH导波换能器在钢轨上进行了检测实验.结果表明,检测系统性能稳定,经过串脉冲叠加,使接收信号的幅值约为单脉冲接收信号的3倍,经过匹配滤波后,信噪比得到明显提升.该方法的换能器置于轨腰,能够对钢轨实现在线监测.     

基于巨磁电阻传感器的磁珠检测方法

根据多层膜巨磁电阻(GMR)传感器检测速度快、灵敏度高、仪器易于小型化的特点,比较了不同磁场激励方式与输出信号处理方法,采用电桥电压与激励磁场双调制的检测方法,提高了传感器的信噪比,实现了微米磁珠的定量检测和纳米磁珠的定性检测.     

基于水膜耦合导波传感器的复合材料检测研究

复合材料因其具有各种优异性能而被广泛应用于航空航天领域,同时对其检测方法也提出了更高的要求。提出了基于水膜耦合导波传感器检测方法,通过理论计算与时频分析确定了水膜耦合导波传感器耦合材料、角度和频率的选择;采用SolidWorks三维建模软件完成了水膜耦合导波传感器的结构设计并加工成型;最后搭建了检测实验平台,在复合材料板上完成了水膜耦合导波传感器的测试。该方法可以有效解决检测的耦合剂使用问题,为自动化检测提供了技术支持。     

开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的实验研究

磁致伸缩导波技术具有单点激励即可实现长距离检测的优点,但在检测非铁磁性构件或端部外露构件时面临难题.在分析已有磁致伸缩导波传感器检测原理的基础上,提出首先利用磁致伸缩效应在铁磁性波导管中产生导波;然后通过端部将其传入构件实现检测的原理,构建了开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的研究实验平台.采用270 kHz的纵向模态导波,在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25 mm低碳钢钢管上可检测出0.5mm深刻槽和Φ5 mm的通孔缺陷,且在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25mm不锈钢钢管上可得到明显的端部回波信号,从而为该传感器进一步应用于非铁磁性或端部外露构件检测提供了依据.     

基于GMR磁传感器的钢丝绳励磁结构设计

为实现钢丝绳无损检测设备对钢丝绳局部缺陷（LF）和截面损失（LMA）的检测,在基于GMR传感器的基础上设计钢丝绳励磁装置。通过高灵敏度GMR传感器的多层排布方式来减小漏磁信号中的干扰。对励磁方式提出永磁励磁法与直流励磁法相结合的复合励磁法,可很好地调整励磁强度,同时分析了励磁装置中各参数对励磁性能的影响,给出信号检测电路,总体设计可满足钢丝绳无损检测设备对LF和LMA的检测要求。     

射线管道爬行器用磁传感器

介绍一种用于射线管道爬行器定位和控制的管道爬行器电磁传感器,利用低频交变磁场能穿透钢制管道壁的原理。它由位于管道外部的磁发射器和管道内部的磁接收传感器组成,磁发射器由电池、稳压电路、直流电动机和钕铁硼永磁旋转体组成,由电池经稳压供电的直流电动机带动钕铁硼永磁旋转体旋转;磁发射器在管道外表局部空间产生交变磁场,在管道内部形成漏磁场,磁接收传感器由感应线圈、限幅器、仪表放大器、检波电路、积分电路、比较电路和防抖电路组成,输出一个开关量信号供爬行器使用,经过长期大范围使用,达到了代替原来放射性物质控制的作用,定位精度满足射线透照要求。     

基于PVDF的振弦式次声波传感器设计

针对当前用于次声波检测的次声波传感器存在的一些不足,设计一种基于PVDF的振弦式次声波传感器,建立了振弦、弹性元件、压电薄膜的数学模型,设计了调理电路,并对该传感器进行测试和验证。结果表明:该传感器具有能对次声波进行全方位接收、量程可调、灵敏度高、误差小等优点。     

磁致伸缩位移传感器双磁环间测量盲区的影响分析

为减小双磁环磁致伸缩位移传感器磁环间的测量盲区,对传感器在测量盲区内的输出信号进行了分析。从双磁环偏置磁场与磁环间距的关系进行研究,建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算了不同偏置磁场强度的双磁环在不同间距与放置方向时传感器的输出电压,并通过实验进行了验证。结果表明,磁环规格相同时,测量盲区的大小与磁环放置方向无关,磁环偏置磁场强度越小,磁环间的测量盲区越小,磁场叠加影响的电压幅值变化量也越小。且在传感器的测量盲区内,电压输出信号将会受到偏置磁场与电压输出波形叠加的影响,这两种因素都会导致传感器检测失效。该研究结果为多磁环位移传感器磁环的选型及减小传感器磁环间的测量盲区提供理论基础。     

大位移磁致伸缩传感器的弹性波建模与分析

磁致伸缩位移传感器是一种测量精度高,测量位移大的新型位移传感器.传感器设计涉及多学科交叉,难以建立统一数学模型.以FeGa材料作为磁致伸缩位移传感器的核心波导丝,建立了波导丝材料磁致伸缩弹性波振动模型,波导丝磁机耦合模型和信号检测模型;同时分析了弹性波信号的受限因素,信号衰减特性.在数学模型基础上,搭建磁致伸缩位移传感器系统,设计了扭转波信号检测电路.实验结果表明信号的输出随着传感距离的增加而减小,该模型对大位移磁致伸缩传感器研究有积极意义.