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。     

磁头型扭矩传感器气隙补偿研究

针对气隙扰动是影响基于逆磁致伸缩效应磁头型扭矩传感器的输出和灵敏度的主要问题,提出了一种利用电路进行气隙补偿的方案,并利用在旋转轴表面粘贴非晶合金薄带层的方法,实验论证了传感器的基本特性,结果表明:所设计的传感器及其电路具有气隙补偿的能力。     

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.     

Modeling and inverse adaptive control of asymmetric hysteresis systems with applications to magnetostrictive actuator

When uncertain systems are actuated by smart material based actuators, the systems exhibit hysteresis nonlinearities and corresponding control is becoming a challenging task, especially with magnetostrictive actuators which are dominated by asymmetric hystereses. The common approach for overcoming the hysteresis effect is inverse compensation combining with robust adaptive control. Focusing on the asymmetric hysteresis phenomenon, an asymmetric shifted Prandtl–Ishlinskii (ASPI) model and its inverse are developed and a corresponding analytical expression for the inverse compensation error is derived. Then, a prescribed adaptive control method is applied to mitigate the compensation error and simultaneously guaranteeing global stability of the closed loop system with a prescribed transient and steady-state performance of the tracking error without knowledge of system parameters. The effectiveness of the proposed control scheme is validated on a magnetostrictive actuated platform.     

Compensation of hysteresis in magnetic field sensors employing Fiber Bragg Grating and magneto-elastic materials

The paper proposes a novel magnetic field sensor where a technique for hysteresis compensation is employed. The sensor integrates a magnetostrictive material with a Fiber Bragg Grating (FBG) strain sensor. Because of hysteresis and non-linear phenomena taking place in such materials, the sensor’s performances may be sensibly reduced. To this aim, magneto-elastic material is accurately modelled in order to compensate hysteresis. In particular, the proposed approach allows to embed the compensation algorithm in the developed device, yielding to a more linear response of the sensor and to a reliable reconstruction of magnetic field. Results are shown and discussed.     

基于磁致伸缩传感器的液位连续控制系统设计

分析了目前水位控制精度不良的原因,介绍了一种基于磁致伸缩液位传感器的水位控制系统,建立了各功能模块的测量模型,对磁致伸缩液位传感器的电路和超声波除垢系统进行了详细设计,分析了影响传感器精度和稳定性的可能因素;测试结果表明,这种模块化的设计系统,可灵活地线性调整水位等各项电路参数,具有很好的动态特性.     

基于改进型ANFIS的磁致伸缩液位传感器温度补偿

考虑到磁致伸缩液位传感器在温差变化大的环境中温漂现象严重,且产生温漂的多种因素与温漂的程度呈非线性关系,难以用数学模型表达等问题,建立基于改进型ANFIS的温度补偿系统。该系统采用附加动量算法不断修正ANFIS中的前题参数以避免采用梯度下降算法时易陷入局部极小,训练速度较慢等缺点,提高系统的忽略网络中微小变化的能力。为了验证该温度补偿系统的性能,将其与基于PSO-LSSVM模型和基于BP神经网络的温度补偿系统相比较。分析与实验结果表明,改进型ANFIS模型的温度补偿的最大误差为0.88%,平均误差为0.65%,远小于另外两种补偿方法。使用了改进型ANFIS的温度补偿方法具有较强的泛化能力,能够有效消除温度对磁致伸缩液位传感器的影响。     

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.     

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.     

降低高分子电容式湿敏元件湿滞的实验研究

针对高分子电容式湿敏元件的湿滞无法通过后续电路完全实现补偿的问题,提出了从高分子电容式湿敏元件本身降低湿滞的方法。主要从制作工艺、湿敏材料的选择两方面进行了实验验证,并对制作完成的高分子电容式湿敏元件进行性能测试与数据分析。实验结果表明：通过控制制作工艺和对湿敏材料进行改性可以降低湿滞,湿滞优于1.5%RH。采用该方法制作的湿敏元件无需再次通过后续电路进行湿滞补偿。     

A multi-robot positioning system using a multi-code ultrasonic sensor network and a Kalman filter

In multi-robot systems, each robot needs to have the position and pose information of itself and that of the other cooperative robots. This paper presents a synchronous distributed positioning system that uses a multi-code ultrasonic sensor network and a compensation algorithm using a Kalman filter. The bearings of robots are computed by using their position changes, and then compensated for by using the Kalman filter. The ZigBee sensor network protocol is used for communication among the robots and for the synchronization of the ultrasonic transmission timing. The experimental results show that our system positions multiple robots synchronously without any configured infrastructures. The results have a better accuracy and less accumulative error than those found in positioning systems without compensation.     

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。     

基于非晶合金的位移/位置传感技术新进展

非晶合金是一种具有长程无序、短程有序微观结构的新型软磁材料,以其独特性能在传感领域具有很大的应用潜力。按照磁致伸缩的强度不同,详细介绍高磁致伸缩和近零磁致伸缩非晶合金位移/位置传感器,重点对传感机理进行分析和比较,指出该传感技术发展的特点和趋势。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。     

磁致伸缩非晶合金双层结构传感器研究进展

介绍了磁性非晶合金材料及其在传感器中的应用现状。通过分析基于磁致伸缩非晶合金的双层结构及其制作工艺与传感原理,重点介绍了接触型和非接触型传感结构在加速度、位移、位置、曲率和温度传感方面的应用成果和最新进展,讨论了目前研究中存在的一些问题和未来磁性非晶合金和磁致伸缩非晶合金双层结构传感器的发展趋势。     

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。     

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。     

磁致伸缩液位传感器在水准仪上的应用研究

对磁致伸缩液住传感器在静力水准仪中的应用进行了研究,分析了磁致伸缩液位传感器的工作原理,提出一种基于磁致伸缩位移传感器的静力水准仪的设计方案.文中介绍了基于磁致伸缩液位传感的水准仪的总体构成及其工作原理,并给出了水准仪的软件、硬件设计方法和误差处理方法.实践证明,该方案切实可行,且效果较好.     

利用惯性传感器和AdaBoost算法的步态识别方法

针对现有方法在步态识别方面存在的动作信号分割、传感器方向不一致和相似动作识别精度不高等缺点,提出一种基于惯性传感器和AdaBoost算法的步态动作识别方法。首先,基于尺度空间技术,提出了一种鲁棒的步态检测方法将信号分为动作样本,以此来应对动作速度或强度的剧烈变化;然后,应用定位补偿匹配算法纠正传感器的倾斜,从而解决了传感器方向不一致的问题;最后,为了提高识别精度,基于AdaBoost算法自适应选取动作特征,再进行判别分析完成识别。对5个相似步态动作类进行识别实验,结果表明提出的算法具有较高的准确性。     

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.