逆磁致伸缩扭矩传感器特性分析

逆磁致伸缩扭矩传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构简单、使用便捷,并能在恶劣环境下工作以及实现非接触在线测量等特点,已在钢缆索力测量、轴系应力监测等方便得到应用,但基于逆磁致伸缩扭矩传感器的理论分析多限于以磁路原理为依据的公式推导,难以清晰地掌握其内部磁场分布规律,且对传感器灵敏度影响因素分析也比较粗糙。作者采用ANSYS软件对逆磁致伸缩扭矩传感器进行建模仿真,研究激励电压、线圈匝数、磁隙等关键参数对逆磁致伸缩扭矩传感器输出信号的影响规律,并通过设计的扭矩试验台验证仿真结果,研究发现激励电压、线圈匝数、磁隙等参数均有各自合适的取值范围,这为逆磁致伸缩扭矩传感器的开发提供了理论参考。     

静态磁场谐振磁传感器设计

为了解决磁致伸缩/压电复合磁传感器测量静态磁场时需要交变激励磁场以及磁电电压输出低等问题,提出了一种改进结构的磁致伸缩/压电/音叉复合谐振磁传感器,采用COMSOL有限元仿真软件对传感器的应力与应变分布以及音叉的振动模态进行仿真.结果表明,传感器的谐振频率随着磁场强度的增加近似线性递增;在0～1 000 Oe磁场范围内,灵敏度达1. 750 5 Hz/Oe,是改进前的7倍,验证了传感器改进结构的有效性.     

SDMSA双磁致伸缩线性位移传感器标定实验研究

为获得SDMSA型号的双磁环磁致伸缩线性位移传感器位置量与输出电压的特性关系,在自制的传感器标定的实验台上,对位移传感器测杆产生的激励磁场和双磁环产生的偏置磁场与双磁环间的间距的关系进行了研究,建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型.在相同偏执磁场的作用下,探究双磁环间距与输出电压的关系,通过实验进行关系推导.得...     

基于压电薄膜传感器的机器人触觉识别系统

为了使机器人通过触觉感知外部环境信息,弥补视听交互信息缺失的不足,根据聚偏氟乙烯（PVDF）材料的压电效应设计开发基于触觉传感器和卷积神经网络的机器人触觉识别系统,能够根据所采集的触觉信号识别出材质类型. 提出基于渐进式级联卷积神经网络的触觉识别算法. 该算法基于卷积神经网络提取机器人传感器的信号特征,包括经过短时傅里叶变换的触觉数据频谱图和信号表征周期内的时域特征. 为了解决特定材质识别混淆的问题,利用K-Medoids聚类算法和动态时间规整（DTW）距离度量算法将分类过程区分为粗、细2个层次,构建渐进式分类模型. 实验表明,设计的触觉传感器对物体材质的平均识别正确率约为97%,机器人能够成功识别触摸到的真实材质,为下一步的探索交互任务奠定基础.     

Fe-Ga波导丝的磁致伸缩位移传感器结构设计

为减小剩磁和驱动脉冲电流对磁致伸缩位移传感器检测信号的影响,进而提高传感器的测量精度,对FeGa磁致伸缩位移传感器的结构进行设计,提出了一种移动线圈式结构的磁致伸缩位移传感器,此时永磁体固定在波导丝头部,位置线圈在波导丝上移动起到位移改变的作用。制作了新结构的传感器样机,实验结果表明:与传统结构相比,结构改进后检测信号的信噪比由13.4 d B提高至25.2 d B,检测电压幅值由52 m V提高至80 m V,且能实现回波速度校正。移动线圈式磁致伸缩位移传感器能有效改善传感器的线性度、重复性和迟滞性。     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

分级倾斜微圆柱结构的高灵敏度柔性触觉传感器

为了满足电容式柔性触觉传感器在可穿戴电子设备、智能机器人、人机交互等领域的精准触觉感知应用需求,基于分级倾斜微圆柱结构提出柔性触觉传感器．传感器在受到外界压强作用时,引起倾斜微圆柱分级变形,导致传感器电容增大．结合仿真和实验研究传感器结构特征对其灵敏度的影响规律,揭示不同结构参数设计的传感器信号输出与加载压强间的关系,优化触觉传感器结构．实验数据表明,所提传感器具有良好的灵敏度(0.44 kPa^?1)和低检测下限(2.6 Pa),响应时间为40 ms,最大迟滞误差为6.7%,在2 400次循环加/卸载过程中展现了优异的重复性和稳定性．该传感器可以拓展为不同尺寸和形状的“皮肤”阵列,实现了机械手精准感知和人体运动姿态监测．     

单片机在磁致伸缩线性位移传感器中的应用

以磁致伸缩原理为基础,利用单片计算机对位移量进行精确的测量,且可以通过按键校准磁致伸缩线性位移传感器的零位和满量程,并使用单片计算机标准串行口经TTL/485电平转换,输出所测量的位移量数据的方法,使得该类型磁致伸缩线性位移传感器操作简单、互换性好、有效传递测量的数字量数据达1 km以上.     

单片机在磁致伸缩线性位移传感器中的应用

以磁致伸缩原理为基础,利用单片计算机对位移量进行精确的测量,且可以通过按键校准磁致伸缩线性位移传感器的零位和满量程,并使用单片计算机标准串行口经ＴＴＬ．４８５电平转换,输出所没量的位移量数据的方法,使得该类型磁致伸缩线性位移传感器操作简便,互换性好、有效传递测量的数字量数据达１kg以下。     

磁致伸缩驱动器的结构设计与输出特性研究

基于Fe-Ga磁致伸缩材料,设计了一种新型结构的磁致伸缩驱动器.基于材料的磁化模型,应用有限元软件和模态分析技术研究了驱动器的输出特性.研究发现,当对驱动器的2个驱动线圈通入反向电流时,驱动器在径向的谐振频率为1 000 Hz,在谐振频率处的径向输出位移为52 m,轴向输出位移为1.7 m.对磁致伸缩驱动器的2个驱动线圈施加同向电流时,驱动器在轴向的谐振频率为7 808 Hz,在谐振频率处的轴向输出位移为14 m.通过实验研究了磁致伸缩驱动器的输出特性,结果表明实验与仿真计算结果基本一致,证明研制的驱动器具有实用价值.     

基于灰度剖面直方统计的帘子布疵点识别研究

提出了运用帘子布图像的直线纹理特征,由概率统计生成灰度剖面直方统计图,有效地提取了帘子布图像的特征波形.波形特征参数对比能准确定位帘子布纹理结构的异常位置,正确识别帘子布疵点.该方法用于帘子布的缺陷检测,具有识别能力强、实时性好等优点,可以用于检测有规则纹理结构的物体表面及物体.     

磁致伸缩微定位平台的设计及特性分析

针对现有微定位平台输出位移小和输出力不足的问题,设计了一种磁致伸缩微定位平台。依据磁致伸缩微定位原理设计了微定位平台的结构,并创建了磁致伸缩微定位平台的动态位移输出模型,通过微定位平台的动态位移输出模型建立了微定位平台的数学模型并计算得出定位平台的位移量;利用有限元仿真软件建立了磁致伸缩微定位平台三维仿真模型,由仿真结果得出磁致伸缩微定位平台的仿真位移量;最后通过实验测量磁致伸缩微定位平台的位移,验证磁致伸缩微定位平台的工作性能。实验测得的结果和仿真计算的结果进行对比可知磁致伸缩微定位平台实际位移量为64μm,计算位移量为60μm,仿真位移量为67μm,三者对比分析,磁致伸缩微定位平台的测量误差较小,精度较高,有一定的应用研究价值。     

基于球曲面极板的电容式触觉传感器研究

为提升电子皮肤的触觉感知灵敏度,提出一种基于球曲面极板的电容式柔性触觉传感器。介绍了电容式柔性触觉传感器的结构特点与制备流程,并结合理论计算与ANSYS有限元仿真阐述其触觉感知机理,空间立体排布的球曲面感应极板和差分式结构特点可协同提升电容式柔性触觉传感器感知灵敏度。基于高性能电容数字转换器AD7147-1和STM32微处理器搭建容性触觉信号采集与处理系统,完成了电容式触觉传感器特性测试及应用研究。实验结果表明,该传感器可实现法向力与切向力的高灵敏检测和稳定性,动态响应时间约为70 ms,进一步论证了其用作电子皮肤的可行性。     

磁致伸缩悬臂梁振动能量采集器建模与仿真

从悬臂梁结构动力学的角度出发,基于弹簧—阻尼—质量模型、磁致伸缩材料线性本构方程和法拉第电磁感应定律,建立了Galfenol悬臂梁振动能量采集器的输出电压预测模型,根据该模型搭建了振动能量采集器仿真系统,通过实验对所提出模型进行验证,仿真结果与实验数据接近,模型能够对Galfenol悬臂梁振动能量采集器的输出电压进行准确预测。     

微圆顶阵列结构柔性触觉传感器设计与应用研究

以质量分数3%和2%的炭黑/碳纳米管填充硅橡胶为力敏复合导电材料,提出了一种微圆顶阵列结构的柔性触觉传感器。阐述了微圆顶阵列结构触觉传感器的结构特点、制备流程及微观表征,并结合ANSYS有限元分析软件分析其触觉感知机理。研究该微圆顶阵列结构柔性触觉传感单元的力敏特性,并将其应用于足底压力分布感知。测试结果表明,该微圆顶阵列结构柔性触觉传感器具备良好的力敏特性和穿戴舒适性,为柔性可穿戴触觉传感器提供了一种设计方案。     

一种三轴硅霍尔传感器的研制

介绍了霍尔传感器的工作原理,针对地磁测量的应用制作了基于十字形结构的硅霍尔传感器,并测试了器件灵敏度。测试结果显示灵敏度与器件工作区的掺杂浓度(NS)成反比,与器件十字形结构的长宽比(L/W)成正向依赖关系。详细介绍了磁集中器的原理及集成工艺,测试结果显示制作的器件实现了三轴测量,且三轴输出与理论预期相符。     

超磁致伸缩执行器自感知机理研究

为了能有效地减小微器件的体积并实现同位控制，提出了超磁致伸缩执行器同时作为执行器和传感器的自感知工作原理. 分析了超磁致伸缩执行器作为双向换能器的自感知物理基础，以此建立了执行器和传感器的能量耦合模型. 根据磁致伸缩材料的压磁方程，并结合励磁线圈的截面积、匝数及磁致伸缩棒的截面积、长度、弹性模量、压磁系数等，推导了感知力和感知速度的计算方法. 提出了利用桥路法在强驱动信号的背景下提取感知信号的方法，在研制的执行器自感知实验系统上，验证了力感知和速度感知方法的有效性     

基于磁通量法的钢索拉力测量实验研究

为在钢绞线中实现磁弹应力和超声导波的同步检测,提出了一种高、低频叠加的励磁方法,并基于2种具有宽频带特性的功率放大器,构建了专用实验装置.基于KH7500功放的实验装置中,一体化传感器检测线圈输出电压的高频成分即为磁致伸缩纵向模态超声导波信号,低频成分携带了局部磁滞回线信息;当实验装置采用BMP-360T功放时,传感器采用2个独立的感应线圈,可分别检测局部磁滞回线和超声导波信号.2套实验装置获得的检测结果均表明：低频感应电压峰值与应力间存在良好线性关系,真正实现了钢绞线中超声导波、磁弹应力的同步检测.

     

基于迈克尔逊干涉法的磁致伸缩动态演示仪设计

磁致伸缩材料在换能器、传感器、致动器等领域具有广泛应用,因此对于高校理工科专业而言,磁致伸缩效应是电磁学课程教学中的重点内容.然而,磁致伸缩效应引起的形变小、现象不直观,同时,用于科研的测量设备体积大、价格高、不便携,因此,目前市场上尚无适用于课堂教学的磁致伸缩演示实验仪.本文基于迈克尔逊干涉仪原理,设计制作了磁致伸缩动态演示仪.其具有体积小、成本低、演示效果显著等优势,既可以用于学生较高层次的创新实验中,亦可用于课堂上磁致伸缩效应的演示.     

磁致伸缩微动驱动器的研制

对国产Tb0.27Dy0.73Fe2稀土铁单晶超磁致伸缩材料的应用特性进行了测试和讨论. 在此基础上研制了磁致伸缩驱动器,该驱动器在场强9.55×104A/m时位移输出为20m,分辨率为0.1m,线性度约为4%,静态力输出1109N,工作电压范围1～15V,工作电流3A以下. 该驱动器具有体积小、发热量少、工作稳定等特点.