一种高灵敏度磁性液体倾角传感器的研究

磁性液体独特的二阶悬浮力可以替代固体弹性元件为倾角传感器的惯性元件提供一个柔性弹性力,能够极大提高倾角传感器的抗冲击性能,已经在石油勘探行业成功应用。为进一步提高磁性液体倾角传感器的灵敏度,基于磁性液体的二阶悬浮特性提出了一种新的结构和检测方法,对传感器中两个永磁体间磁场的空间分布进行了理论计算和仿真,并通过试验对比分析了在选定不同参数条件下传感器的静态性能,最终得到当侧向间隙为3 mm,磁性液体注入量为1.4 g时,传感器量程为0°～50°,线性度误差为1.004 7%,灵敏度为2.3 mV/°,分辨率为0.023°,重复性误差为3.18%,工作性能最佳,且该传感器性价比高,壳体用材环保,具有很好的实用价值。     

霍尔式磁性液体微压差传感器的设计及特性研究

磁性液体作为一种重要的功能材料,在传感器领域的应用日渐广泛。本文基于霍尔元件设计了一种霍尔式磁性液体微压差传感器,该传感器以透明玻璃管为载体,内部圆柱状永久磁铁的端部吸附有磁性液体,磁性液体形成环状起到润滑和密封的作用,使得永久磁铁在竖直方向运动时的摩擦发生在固体和液体之间,底部磁环用来提供回复力,转换元件采用霍尔元件。当永久磁铁在透明玻璃管内移动时,霍尔元件处的磁场发生变化,进而系统输出电压信号。最终优化后的传感器直径10 mm,长度80 mm,当采用3 mm磁环和50 mm永久磁铁组合时,在0～1 000 Pa的测量范围内,测量精度为1 Pa,线性度误差5.8%,迟滞误差5.3%,重复性误差2.9%,该传感器体积小、成本低,具有很强的实用价值。     

交流感应磁悬浮技术的研究

基于电磁感应定律和励磁线圈与非磁性导体环间的等效电路模型,对处在交变磁场中的非磁性导体环受到的感应悬浮力进行了研究。非磁性导体环以铝环作为研究对象,提出了铝环受到感应悬浮力的测量方案,并设计了感应悬浮力的测量装置。对不同励磁线圈电流大小、电流频率、铝环相对线圈端部位移等参数条件下铝环受到的感应悬浮力进行了试验研究,并且利用有限元软件ANSOFT对各参数下的感应悬浮力进行了仿真分析。仿真和试验结果表明:铝环受到的感应悬浮力与电流的平方近似成正比关系;当励磁线圈电流频率大于50Hz时,增加线圈电流的频率,感应悬浮力的变化不明显;随着铝环和励磁线圈相对位移的增加,铝环受到的感应悬浮力明显减小。     

差动式磁性液体微压差传感器数学模型计算及试验验证

将兼具有固体铁磁性和流体流动特性的一种新型功能材料——磁性液体应用于微压差传感器的研究。在对磁性液体的磁学模型和磁学特性研究的基础上,通过对试验用磁性液体的磁化强度的测试和磁化曲线的绘制,分析磁性液体微压差传感器的工作原理,建立互感式磁性液体压差传感器的数学模型,计算U形管两臂上通电线圈的电感及互感系数,通过模拟试验得到灵敏度与试验中各参数之间的关系,并绘出灵敏度与U形管径大小之间的关系曲线,推导出差动式压差传感器的压力差输入与感应电势输出之间的关系,并通过试验验证输入与输出之间的线性关系。磁性液体液柱半径rm越小,螺线管直径越小,传感器灵敏度越高;磁性液体的磁导率越大,传感器灵敏度越高。将理论计算和试验对比得出理论值与试验值的一致性。在误差允许的范围内,设计方案可行。     

液体磁性磨具光整加工机理研究

液体磁性磨具在无外磁场作用下时表现出良好的流体特性;但在强磁场的作用下在毫秒级的时间内增加两个数量级以上,表现出类似固体的特性,这种特性称为液体磁性磨具的流变性.利用这种流变性实现光整加工的方法称为液体磁性磨具光整加工法.研究了液体磁性磨具微观结构后,对其加工机理进行了分析.     

自动化纳米磁性液体教学演示平台的研制

根据纳米磁性液体在外加磁场作用下的可视特性,搭建了自动化纳米磁性液体教学演示平台。设计制作的"自动化纳米磁性液体教学演示平台",它利用单片机和机械传动原理,通过机械与电子的结合,生动趣味地展示了纳米磁性液体的特性,使纳米磁性液体展示出处于磁场中的特征与现象,能够激发学生深入研究相关知识的兴趣,对于提高学生相关科学文化知识的热情有重要作用。     

磁性流体超声振动光整加工的实验研究

通过实验建立一个交变的高频梯度磁场作用于磁性流体,使有强磁化特性的磁性流体产生交变的内压强,由于液体有较高的体积模量．从而引起磁性流体的体积变化,通过压电陶瓷换能器检测到磁性流体振动产生的超声波,发现并证实了磁性流体在交变梯度磁场作用下有磁致伸缩效应。可以产生超声振动。在磁性流体中混入非磁性磨料和防锈剂并施之以交变的高频梯度磁场,使磁性流体夹持磨料与之相接触的工件表面发生超声振动磨削,从而达到对复杂形面、内部型腔及细小管内壁等的光整加工。     

基于微纳光纤Sagnac环结构的光学电流传感器的响应特性研究

磁流体具有固体物质磁性及液体流动性的特性,且无本征矫顽力,无剩磁,磁场响应速度快,灵敏度高,将微纳光纤Sagnac环特殊的光传输性能与磁流体独特的磁光特性相结合,提出了一种基于磁流体包覆微纳光纤Sagnac环的全光纤电流传感器.理论推导了传感器的电流传感机理,设计了传感器的封装方法,并对传感器的温度特性和传感特性进行了...     

磁场强化磁性液体自然对流传热的实验测量

磁场能强化磁性液体的自然对流传热。为了准确测量磁场对磁性液体强化自然对流传热的贡献,设计制作了一个由均匀磁场和均匀梯度磁场矢量叠加合成的新磁场。在恒定温度梯度下,新磁场使磁性液体各处密度变化均等,各处自然对流传热变化均等。从而比较准确地测量了磁场引起的磁性液体自然对流传热系数的变化,为深入研究磁场强化磁性液体自然对流传热的效应提供了比较准确的测量手段。     

液体磁性磨具光整加工的电磁场发生装置设计与仿真技术研究

液体磁性磨具表面光整加工技术是工件与液体磁性磨具在外加磁场作用下,产生较高的剪切应力特性实现表面加工的技术。磁场发生装置的特性对磨具的配置、加工效率、加工质量等均有重要影响。因此阐述了磁场发生装置的基本要求和设计方法,并用有限元分析软件进行了分析。其加工质量高、形状适应性强、材料适应范围广已在实验中得到鉴证。     

磁致伸缩压力传感器设计及其输出特性

研究了铁镓合金(Galfenol)的磁致伸缩特性,提出一种基于Galfenol的新型磁致伸缩压力传感器,以实现机器人的触觉力精确感知。该传感器利用磁致伸缩逆效应将压力转换为电压信号,从而完成对压力的精确测量。设计、制作了磁致伸缩压力传感器,采用双永磁体回形磁路优化了压力传感器的磁场。对传感器进行了理论分析与实验研究,讨论了偏置条件、外压力等因素对输出电压峰值的影响。实验结果表明,在偏置磁场为4.8kA/m、施加的压力为2.5Hz、6N时,传感器的输出电压峰值达16mV,且输出电压峰值与压力呈较好的线性关系。研制的传感器具有结构简单、线性度好、反应速度快等特点,可以满足机器人触觉感知的需求,也可应用于其他领域的压力测量。     

Research and design of a novel,low-cost and flexible tactile sensor array

At present, the flexible tactile sensor array has become a hot research topic in the field of robotics. This paper introduces the design, fabrication and measurement of a novel tactile sensor array based on soft materials and sensor’s piezoresistivity. This sensor array is capable of detecting the contact force and contact location via a triangular location algorithm. This triangular algorithm, which uses response of different sensing elements to a contact force, can reduce the amount of processing data and the density of the sensor array can get lower. The flexible pressure sensing elements are integrated in a flexible PDMS (polydimethylsiloxane) film, which can avoid the limitation that traditional rigid sensing elements have during their bending deformation. The sensor array’s performance has been experimentally evaluated. The results show that the proposed sensor array has an accuracy of 88.23% for the force and spatial resolution of the sensor array can reach 2.5 mm.     

用于假手指尖的光纤光栅触觉力传感器研究

针对现有假手触觉测量常用的薄膜压力传感器精度不佳、线性度差、迟滞性高等问题,研究了一种可安装于假手指尖的光纤布拉格光栅触觉力传感器。首先,通过传感单元的微小化结构设计,可以将施加的外力转化为光纤承受的轴向力;进而,通过有限元对传感器结构参数进行优化,提高了光纤光栅对于压力的灵敏度;然后,围绕假手指尖应用的需求,制作了这种光纤布拉格光栅触觉力传感器;最后,对该传感器进行了性能标定、对比分析和应用抓取3个实验分析,实验结果表明:该传感器压力灵敏度为0.103 8 nm/N,线性度R~2为0.998,重复性误差为1.32%和迟滞性误差为2.19%;与现有的薄膜压力传感器对比,该传感器的线性度和重复度都更高,迟滞性更低。     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

高灵敏度光纤磁场传感器的设计与模型研究

根据磁致伸缩效应和光纤腔衰荡技术设计了高灵敏度的磁场传感器。基于Jiles-Atherton模型、二次畴转模型和光纤衰荡技术波长解调原理,建立了磁场传感器的数学模型,模型反映了磁场-应变-光纤腔衰荡时间之间的耦合机制。对不同预应力作用下Terfenol-D棒的磁致伸缩输出应变、衰荡时间、系统灵敏度与磁场之间的变化规律进行了理论分析和仿真研究,结果表明,该传感器具有很高的灵敏度,可通过改变预应力实现不同量程范围内的磁场测量,研究可为发展新型的高灵敏度磁场传感器提供了理论指导。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

Errors in electromagnetic flow meter with magnetic particles

Magnetic admixtures change the magnitude and distribution of the magnetic field and virtual current in active fluid volume of electromagnetic flow meter, and measurement error appears. The value of error depends on the concentration, permeability and electric conductivity of magnetic admixtures and on the form of particles.The principles of error formation are investigated assuming that in the fluid with uniform properties there may be a small concentration of spherical particles, whose magnetic and electric properties are different from that of the fluid. An ideal electromagnetic flow meter with a rectangular duct and infinitely conductive large electrodes is assumed. The flat velocity profile is supposed. Measurement error is evaluated using the analogy between electrostatic, magnetic and electric current fields. The main causes of measurement error are examined. There is a deviation of densities of virtual current and magnetic flux inside particles, a deviation of mean values of magnetic flux and virtual current densities outside particles and a distortion of magnetic and virtual current fields in surroundings of particles.The magnetic particles with electric conductivity considerably greater than fluid conductivity are especially dangerous. A relative error in this case may exceed volume concentration of particles six times.For non-magnetic particles measurement error is absent independent of their conductivity.     

直流叠加脉冲电流波形宽频带电流传感器

提出了一种用于测量直流叠加脉冲电流波形的电流传感器。该传感器由两个磁芯组成,一个工作于磁通门状态,另一个基于罗氏线圈原理。为了将磁通门与罗氏线圈检测技术集成在一起,引入了一个反馈绕组,有效克服了脉冲磁场与直流磁场对磁芯工作状态的影响。基于理论分析制作了样机。实验结果表明,所提出的电流传感器能有效测量直流叠加脉冲电流波形:有效测量频带为340 k Hz,直流分量的测量误差为0.6%;低频段与高频段交点处的测量误差最大,最大测量误差为1.5%。