一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

超磁致伸缩换能器磁棒磁场及应变的数值仿真

研究不同驱动电流频率下超磁致伸缩棒的磁场和磁致伸缩应变,针对传统实验测量应变时将仪器置于磁棒内带来的破坏以及很难得到棒内任意点的应变分布问题,为实现换能器的功能,通过电磁理论和有限元理论建立了超磁致伸缩换能器磁场的有限元模型,并在ANSYS电磁场模块下对模型进行了仿真,分析了磁场轴向、径向均匀性及涡流效应对应变几何分布的影响.结果表明:频率增大,涡流效应增强,磁场轴向均匀性增加、径向均匀性减小,应变几何分布变化显著.结果表明对超磁致伸缩换能器驱动频率的选择及器件的设计具有一定的指导意义.     

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。     

长线磁致伸缩位移传感器的磁极化强度模型

长线磁致伸缩位移传感器是一种利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应及其逆效应实现位移测量的传感器.运用电磁学和铁磁学相关理论,构建了磁极化强度模型,讨论了该种传感器中扭转式弹性波的产生机理.通过建立有限元模型,使用ANSYS仿真平台进行了激励磁场的仿真模拟.理论模型对仿真结果数据的进一步计算获得了磁致伸缩线体内应力的分布特性.计算结果与实验数据的比较,证明了磁极化强度模型相关理论的合理性.为构建有效的弹性波信号,提高该种传感器检测精度提供了理论依据和实验数据.     

宽带啁啾光纤光栅F-P腔磁场传感器研究

提出了一种结合反射光谱分析方法的全光纤微弱磁场传感器。利用两个啁啾光栅间隔一段距离构成一个全光纤的啁啾光栅F-P腔,将其粘贴在超磁致伸缩材料的表面构成一个磁换能器;采用条纹计数法对F-P腔的输出反射光谱进行解调,获得在外部磁场的作用下啁啾光栅F-P腔的腔长变化,从而实现对磁场的传感测量。实验结果表明:测量误差平均值为0. 43μT,方差为0. 3μT,系统的相位灵敏度为1. 62 rad/μT。提出的光纤微弱磁场传感器具有体积小、响应快、响应带宽大、可多点组网等优势,在未来微弱磁场的测量中有着巨大的应用价值。     

基于磁致伸缩位移传感器原理测量波导丝泊松比与线膨胀系数

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。     

—种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器．该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上，改变其谐振频率，通过对谐振频率的检测进行磁场测量．该传感器可以用于静态和动态磁场测量，并且可用作无源、无线磁传感器．主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理，给出了实验结果．传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132Hz／Oe，谐振频率测量分辨率在1Hz时，磁场测量分辨率可达10^-7T数量级．     

Terfenol-D/SAW谐振器/Terfenol-D复合磁传感器

设计了一种由超磁致伸缩材料Terfenol-D和SAW谐振器构成的复合磁传感器,在磁场作用下,Terfenol-D沿长度方向伸缩,并将应力应变传递至SAW谐振器,使其产生应变,造成谐振频率改变,通过测量SAW谐振器谐振频率的变化来测量磁场强度.分析了该磁传感器的传感原理,建立了该复合磁传感器的静态模型,对弹性敏感元件进行了受力分析,根据压磁方程和受力平衡得到该磁传感器的静态特性.实验结果表明:该复合磁传感器灵敏度可达341.6Hz/Oe,较Terfenol-D/SAW谐振器结构灵敏度提高了3倍;测量谐振频率的分辨率为1Hz,SAW谐振器频率稳定度为0.1×10-6时,该磁传感器对磁场的分辨率为10-6T.     

磁致伸缩力传感器输出特性及其影响因素分析

为揭示磁致伸缩力传感器的物理机制,研究了磁致伸缩传感器输出电压与核心元件磁特性的关系。基于磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应,使用片状Fe-Ga和Fe-Co合金设计一种新型的力传感器,根据霍尔效应原理和Jiles-Atherton模型推导了力传感器输出电压模型,通过传感器输出特性测试平台对传感器输出特性进行测试,实验结果表明在偏置磁场6kA/ｍ、 外力2N时,Fe-Ga合金力传感器的最大输出电压为112mV,Fe-Co合金力传感器最大输出电压为58mV,与输出电压模型具有较好的一致性,从物理机制层面上分析磁致伸缩力传感器输出电压的影响因素,确定力传感器的输出电压主要由偏置磁场、外力、以及传感器核心元件磁致伸缩(λ/ λｓ)和Ms/ λｓ1/ 2决定,并且传感器的输出电压与(λ/ λｓ2)１/2成正比,与(Ms/ λｓ１/2)成反比,揭示了磁致伸缩力传感器输出特性的物理机制。     

超磁致伸缩力传感器的模型研究

磁致伸缩逆效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要应用特性,应用磁致伸缩逆效应可以制作超磁致伸缩力传感器,基于能量变分原理,建立了超磁致伸缩力传感器的有限元模型。应用该模型计算了超磁致伸缩力传感器空气隙中的磁感应强度和磁致伸缩棒上施加力的关系,并与实验值进行了比较。计算结果与实验结果符合较好,表明建立的超磁致伸缩力传感器的有限元模型是有效的。     

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。     

磁致伸缩纵向导波传感器中偏置磁场的优化设计

偏置磁场大小是磁致伸缩纵向导波传感器设计的关键参数之一,最佳偏置磁场的选择受到材料和激励条件的影响,故要求导波检测系统中偏置磁场可调节性好.目前使用的偏置磁场有两种,其中螺线管线圈产生的磁场信号干扰大,信噪比低,永磁体提供的磁场可调节性不佳.为此,提出一种偏置磁场可以调节的结构方案,并通过该方案研制了一种可以调节的偏置...     

冰传感器的设计

以振动法测冰技术为研究方向,旨在建立振管式冰传感器的物理模型和数学模型,给出振管轴向振动固有频率的计算公式,并利用MATLAB仿真软件对此设计进行分析,进而完成冰传感器的样品设计。冰传感器由具有磁致伸缩能力的恒弹合金材料制成。当振管垂直立于磁场环境中时,在交变磁场的作用下产生磁致伸缩,即沿振管的轴向作简谐振动。当振管表面出现结冰时,其轴向固有频率会产生偏移,通过检测轴向固有频率偏移量,即可确定结冰状态。     

基于DSP的Fe83 Ga17合金磁致伸缩传感器信号处理系统设计

为了突破传统Fe-Ni磁致伸缩材料测量量程的限制,采用了一种新型的Fe83 Ga17材料。讨论了传统硬件比较电路方法,为了解决硬件比较电路存在的问题,设计了基于数字信号处理器（ DSP）的磁致伸缩位移传感器信号处理系统,包括A/D采样模块、FIR滤波模块和位移测量模块。考虑到环境因素带来的误差,进行温度补偿设计,修正了测量结果。实验结果显示：基于DSP的信号系统能够达到较高的测量精度,对磁致伸缩位移传感器的实际应用有积极的意义。     

线双折射对光纤光栅磁场传感器性能影响的理论分析

本文介绍了基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器的工作机理。利用光纤光栅的偏振效应测量磁场可以克服以前传统测量磁场使用磁致伸缩材料不适合测量瞬态磁场的缺点,而且在传感头的设计上能够更加灵活。在传感头设计中,由于光纤本身存在的线双折射会对测量结果带来影响,为了明确双折射对光纤光栅磁场性能的影响,提高测量系统的准确爱,文中利用琼斯矩阵对光纤固有线双折射对传感器的测量特性的影响进行了理论推导和仿真分析,分别对稳态磁场和瞬态磁场受双折射的影响进行了仿真分析,为基于偏振效应的光纤光栅磁场传感器下一步实验研究提供了理论参考。     

Chopping of a weak magnetic field by a saturable magnetic shield

A method for measuring a weak magnetic field with a Hall sensor is described. This method consists of chopping the magnetic field to be measured with a magnetic shield surrounding the Hall sensor. The magnetic shield is periodically driven into saturation by means of an excitation coil. Thus, the Hall device is alternately exposed to/shielded from the d.c. or slowly varying external field to be measured. During the time intervals when the magnetic shield is saturated, the external field passes and is detected by the Hall sensor. When it is not saturated the Hall sensor is shielded from the external field. This chopping method yields a magnetic measurement unaffected by 1/ƒ noise and offset errors of the Hall sensor, therefore improving its detectivity.