表面缺陷对波导丝中的扭转波传播影响研究

波导丝是磁致伸缩位移传感器的核心元件,其表面质量直接影响传感器的测量精度。为研究波导丝表面质量对检测信号的影响规律,通过建立扭转波在波导丝中传播的力学模型,得到扭转波的波动方程。在此基础上,对2种不同表面状况下波导丝中扭转波的传播开展数值模拟和实验验证。研究结果对今后高精度大量程磁致伸缩位移传感器的研制具有一定参考作用。     

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

波导丝是磁致伸缩位移传感器的核心元件,为快速测量波导丝泊松比与线膨胀系数,基于磁致伸缩位移传感器原理,提出了波导丝线膨胀系数与泊松比的测量方法。根据应力波传播特性以及应力波波速受温度影响的特性,构建了波导丝线膨胀系数、泊松比与波速的数学模型;利用传统的磁致伸缩位移传感器结构,测量了波导丝在25℃、50℃时的扭转波波速;设计了波导丝纵波激励结构,测量了波导丝中扭转波、纵波在传播距离相同时的传播时间;计算了波导丝线膨胀系数与泊松比。实验结果表明:实验中Fe-Ga波导丝的泊松比约为0.302,线膨胀系数约为18.70×10^-6/K。本文旨在深入探索波导丝弹性参数的新型快速测量方法,为传感器中波导丝的选型提供新思路。     

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.     

一种铁镍合金磁致伸缩位移传感器设计

阐述了基于铁镍合金材料的磁致伸缩效应的位移传感器的工作原理,通过在磁伸材料两端施加电流脉冲信号,产生的纵向环形磁场与永磁产生的恒磁耦合产生磁弹性波,激励电流与反射弹性波在检测线圈中产生两脉冲信号,其时差与永磁位移呈线性关系.设计了脉冲激励电流发生和检测线圈感应信号处理电路,将反映位移的两脉冲信号时差转换成脉宽调制(PWM)信号,从而实现了用时差和模拟电压反映位移量的两种输出形式.通过对量程84 cm的铁镍合金材料实验,结果表明:当激励脉冲信号脉宽为10μs,功放幅值为10.3V,检测线圈匝数为600匝时,时差和模拟电压测量位移量的线性度分别为0.165％ FS和0.175％ FS.     

磁致伸缩液位传感器机理研究

详细介绍磁致伸缩原理,深入分析磁致伸缩原理在位移和液位检测中的具体应用,重点讨论磁致伸缩液位传感器的总体结构、波导管的结构、材料的选择以及回波接收的原理并给出了接收装置的方案,分析时间检测原理和方法,提出实现高精度测量传感器的温度补偿和抗干扰措施。通过以上机理分析对传感器的设计和应用提供理论指导。     

磁弹耦合扭转波位移传感器输出电压理论研究

磁弹耦合位移传感器感应线圈电压是由应力波引起的磁化强度变化决定的,而应力与偏置磁铁处的材料磁导率密切相关,因此磁导率与磁化强度变化率的确定是建立输出电压模型的关键.根据铁磁材料的弹性力学理论和磁机耦合模型,确定了扭转波运动方程;建立材料等效场分布模型,并结合麦克斯韦方程和磁化强度进动方程,确定波导丝磁导率;根据磁机效应的Jiles-Atherton理论,建立了波导丝弹性形变感应磁化强度模型.根据磁导率及磁化强度模型,并借助电磁感应定律构建了感应线圈的输出电压模型.利用实验平台验证了接收线圈匝数和激励脉冲的脉宽、频率对输出电压的影响,为磁弹耦合位移传感器的研究提供了理论依据.     

磁致位移传感器检测线圈和驱动脉冲优化设计

在磁致伸缩式位移传感器中,检测线圈和驱动脉冲的设计直接影响整个系统的精度.基于弹性波理论和法拉第电磁感应定律,分析了加载在波导丝上的驱动脉冲和检测线圈的各项特性参数对感应波形的影响,通过试验选择了同时满足理论推导和实际应用的最佳值并进行了相关参数优化设计.经试验验证,优化后的传感器系统能够输出高信噪比的前端感应信号.     

Fe-Ga磁致伸缩位移传感器驱动电流位置调整与回波速度校正

通过对传统Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器驱动脉冲电流输入端位置的改进,降低了驱动脉冲电流噪声对检测线圈输出电压的影响,并使检测线圈输出电压信噪比由15.5 dB提高至23.7 dB。基于应力波无阻尼反射原理提出一种新的回波速度校正法,确立了回波速度与波导丝长度、应力波传播时间、反射波传播时间的数学关系,并给出此表达式适用的驱动脉冲电流频率范围。制作了样机,通过实验验证了此方法最大位移测量误差减小到原来的1/5,为Fe￣Ga磁致伸缩位移传感器输出性能研究提供了理论依据。     

磁致伸缩位移传感器回波信号滤波器设计

滤波器单元是磁致伸缩位移传感器回波信号调理的关键电路,关系到位移量检测的准确获取和后续数字化处理.通过对纯Ni波导丝所产生回波信号的检测和频率等特性的分析,设计了基于MAX275芯片的四阶带通滤波器,并与采用二阶巴特沃斯低通滤波器的回波信号滤波放大性能进行了对比研究.结果表明:该滤波器的合理设计不仅可以有效抑制噪声和干扰信号,提高信噪比达10.2 dB,同时也可以减轻剩磁现象等于扰因素对有用信号的影响.     

磁致伸缩液位传感器检测信号影响因素分析及实验研究

磁致伸缩液位传感器作为液位测量装置,其检测信号对磁致伸缩液位传感器性能产生直接的影响,因此检测信号影响因素分析对优化传感器的性能至关重要。本文从检测线圈结构和脉冲电流参数对检测信号的影响进行讨论,建立了基于检测线圈的等效电路模型,使得在确立线圈结构参数时有了理论依据;观察检测信号波形变化趋势,得到感应信号随影响因素的变化曲线,从而得出液位传感器最优参数。优化后的液位传感器,提高了检测信号的抗干扰能力及其稳定性。该研究结果为磁致伸缩液位传感器的优化设计提供理论基础与指导。     

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.     

时栅位移传感器网络化接口设计

针对时栅位移传感器的“互联网+”战略,提出了一套时栅位移传感器互联网功能设计方案.以高性能的STM32F4微控制器为核心,设计了时栅位移传感器激励信号与感应信号的高速同步采样电路与网络接口电路,结合嵌入式操作系统,搭建了网络服务器模型,实现了时栅位移传感器的远程信号采集.实验结果表明,时栅位移传感器网络化接口模型能够准确地实现传感器远程信号采集,该模型的实现为下一步时栅位移传感器的大数据误差采样、误差远程自修正以及产品大数据分析提供了技术基础.     

基于光场耦合的时栅位移传感器设计

为了实现制造成本低、易加工、高精度的位移测量,设计了一种光场耦合式的时栅位移传感器.介绍了利用基于交变光场的两路驻波合成电行波信号,并通过鉴相的方式实现空间位移转换的测量原理;完成了传感器的结构设计,给出了传感器的系统框图,具体分析了信号处理电路的功能.实验结果表明:光场耦合式的时栅位移传感器在108 mm范围内误差为±0. 5μm.     

四轴非正交位移传感器电路的设计分析

针对压控型八电极静电悬浮支承系统位移测量难的特点,设计了一种四轴非正交位移传感器电路。分析了四轴非正交位移传感器的测量原理,给出了保证转子地电位的方法,分析了位移测量的系统灵敏度,设计出位移传感器电路,并给出一种从支承高电压中分离位移信号的电路。实验证明:该位移传感器可以准确检测出转子的偏移,提高测量精度,达到了设计要求,为八电极静电悬浮系统的测量提供了可靠的保证。     

基于DSP的采煤机滚动轴承振动检测系统设计

简述了采煤机滚动轴承振动的数学模型和电涡流式振动位移传感器的结构及基本工作原理,提出了一种以TMS320F2812为核心控制器、电涡流式振动位移传感器为前端信号采集部分的采煤机滚动轴承振动检测系统,并给出了系统硬件设计和软件流程。井下测试结果表明,该系统可靠性高、实时性强。     

储油罐实时监测与计量管理系统设计

为适应油库信息化建设需要，解决储油罐液位测量存在的精度不高、可靠性低等问题，设计了一种新型的储油罐实时监测与计量管理系统。介绍了系统结构及主要功能。分析了磁致伸缩液位测量的技术原理及性能特点，给出了系统设计关键技术及处理方法。