磁致伸缩超声导波管道检测传感器研究进展北大核心CSCD

超声导波无损检测技术因其使用频率低、传播距离远和信号衰减小等特点,可以实现高效率、非接触、长距离和大范围的管道缺陷检测,受到国内外学者的广泛青睐与关注。在介绍磁致伸缩物理特性和磁致伸缩超声导波传感器检测原理的基础上,从制作超声导波传感器的磁致伸缩材料和传感器的结构设计与优化两方面,综述了磁致伸缩超声导波传感器的研究现状,并对其发展趋势进行了展望。     

磁致伸缩超声导波管道检测传感器研究进展

超声导波无损检测技术因其使用频率低、传播距离远和信号衰减小等特点,可以实现高效率、非接触、长距离和大范围的管道缺陷检测,受到国内外学者的广泛青睐与关注.在介绍磁致伸缩物理特性和磁致伸缩超声导波传感器检测原理的基础上,从制作超声导波传感器的磁致伸缩材料和传感器的结构设计与优化两方面,综述了磁致伸缩超声导波传感器的研究现状...     

非晶窄带饱和磁致伸缩系数小角磁转法测量

研究了一种新的方法来测量非晶窄带饱和磁致伸缩系数,它是基于小角度磁旋转带来的应力感生各向异性场的补偿及各向异性场等因素的修正来完成测量.通过自备的装置,测量出探测线圈中的二次谐波随直流磁场、张应力、交流信号的电压变化关系,间接得出感生各向异性场随张应力的变化关系,从而得到成分为Fe18B13Si9,非晶窄带的饱和磁致伸缩系数为λs=5.6×10-5.     

用FPGA控制的磁致伸缩效应检测传感器

采用现场可编程门阵列（FPGA）技术,实现了对磁致伸缩效应检测传感器的控制设计,讨论了传感器的结构参数设计,给出了FPGA的实现原理及配置。该传感器能够实现远程、非接触检测,检测效率高。采用FPGA控制,缺陷定位准确,偏差远小于0.1 mm.并且可在线修改控制参数,电路结构简洁,抗干扰能力强。     

复合薄膜磁致伸缩系数求解及悬臂梁结构优化

建立了超磁致伸缩薄膜(GMF)的磁致伸缩系数求解模型用于分析磁机耦合转化关系,研究了模型的建立过程、推演机理及仿真结果.通过合理简化复合GMF变形,并以单层GMF的磁致伸缩系数表达式为基础,推演得出了复合GMF的磁致伸缩系数表达式.以具有正负磁致伸缩效应的复合GMF为研究对象,利用推演得出的复合GMF的磁致伸缩系数表达...     

基于磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的试验研究

对利用磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的方法进行理论分析和试验研究。分析在公称直径为17.80mm的7芯钢绞线中纵向模态的传播特性。选取钢绞线外围钢丝中频率160kHz的L(0,1)模态用于钢绞线的健康检测。基于该模态的传播特性和钢绞线缠绕式外表面的特点,研制一种专用磁致伸缩传感器,用于7芯钢绞线的超声导波检测。该传感器的主要结构包括轴对称三磁路励磁结构和正反正绕向的三段式螺线管。三磁路励磁结构用来产生强度适合且均匀的偏置磁场,并设计专用夹片以降低钢绞线不规则外形所造成的空气磁阻。螺线管每段绕线的有效轴向宽度为频率160kHz的L(0,1)模态波长的一半。利用研制的磁致伸缩传感器,在长1180mm的自由钢绞线中进行超声导波的激励接收试验。试验结果表明,该传感器可以激励和接收选定的纵向模态L(0,1),为基于磁致伸缩效应的钢绞线超声导波检测奠定了一定基础。     

基于磁致伸缩效应的管道纵向超声导波检测传感器

研制了一种用于工业管道和海洋平台结构检测的纵向超声导波传感器,分析了纵向超声导波传感器的工作原理——磁致伸缩效应及逆效应,讨论了传感器结构设计及结构参数的选择方法。该传感器具有灵敏度和检测效率高、非接触检测和结构简单等主要特点,可广泛应用于各种工业管道、海洋平台结构、杆件、钢丝绳等构件的裂纹、腐蚀或者断丝等缺陷的检测。     

一种磁致伸缩式超声波激发/接收传感器的研究

以研制磁致伸缩式超声波传感器为目标，分析了磁致伸缩式超声波传感器的工作原理——磁致伸缩效应及逆效应，重点讨论传感器结构设计及线圈参数选择计算，制作了磁致伸缩式超声波传感器。本文研制的传感器在脉冲激励电流的作用下，可在细丝中激发超声波，同时还可以接收细丝中传播的超声波；该传感器既可以激发扭转波，又可以激发纵波。可用于测量液位、温度、液体密度和材料的声速、弹性模量等物理量。     

磁致伸缩导波激励传感器模型及输出特性

基于MsS传感器存在较低的信噪比、在外加磁场作用下非线性力磁耦合特性造成输出特性变化等问题,从铁磁性材料非线性磁弹性耦合理论及磁致伸缩导波激励传感器模型出发,建立了磁致伸缩导波产生的动力学模型。分析了偏置磁场、激励频率及激励电流对介质质点振动幅度的影响,通过有限元仿真计算方法验证了该模型分析的有效性。以该模型为基础讨论了非线性模型与线性模型对介质质点振动位移影响,进一步说明了该模型的适用性。分析表明,在考虑频散特性的情况下,为提高磁力转换效率应选择频率较低而强度较大的激励电流,且其偏置磁场应选择在质点振幅曲线中切线斜率最大的位置。     

非晶态合金力传感器的研究

本文介绍了我们研制的一种新型的力传感器,该传感器用非晶合金薄带作为敏感材料,多谐振荡回路作为传感器电路。它是一种精确、可靠、敏感、线性的力传感器,该传感器可用于高温、高噪音环境下的机械系统中,如工业自动控制上。本文给出了该传感器的工作原理,材料的制作方法及测试结果。     

应用于磁致伸缩传感器的SSI-USB转换器

为了实现磁致伸缩传感器与上位机的交互,研制了一种由高档8位单片机ATmega128控制的SSI-USB转换器.通过对SSI协议规范的研究,以及对由PDIUSBD12实现的USB接口电路的研究,提出了相关的软硬件设计.最终实现了SSI信号与USB信号的相互转换,从而实现了磁致伸缩传感器与上位机的通信.     

磁致伸缩导波在锚杆检测中的应用

为了实现对埋地锚杆的长度以及缺陷的高效检测,提出了一种基于磁致伸缩导波原理的锚杆无损检测新方法。在研究了锚杆中纵向模态导波模型的基础上,计算了直径20 mm的锚杆的频散曲线,搭建了锚杆检测实验系统,并利用该系统完成了空气中以及埋地结构中锚杆长度和缺陷的检测实验。研究结果表明:该方法能实现对空气中以及埋地结构中锚杆的长度、缺陷的检测,具有检测精度高、检测过程简单等特点,可以应用在实际锚杆质量检测中。     

磁致伸缩导波传感器换能效率估计方法

偏置磁场与磁致伸缩纵向导波传感器换能效率密切相关,为了解决磁致伸缩纵向导波检测中缺少传感器换能效率估计手段的问题,提出了一种估计永磁式磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的方法。首先,从磁致伸缩导波能量转换的角度出发,建立了截面区域偏置磁场强度与导波接收信号幅值间的关系;其次,根据磁致伸缩纵向导波偏置磁场的作用机理,针对管道内磁场不均匀现象,提出了磁致伸缩纵向导波传感器换能效率的评估方法;然后,通过有限元仿真及实验对通过管道表面空气中的磁场强度表征管道内偏置磁场的可行性进行了验证;最后,通过实验确定了方法的有效性。该方法通过测量管道外表面空气中周向多个位置的轴向磁场强度表征管道截面内偏置磁场强度,利用偏置磁场强度与导波通过信号幅值关系曲线得到不同区域单元振动对导波信号的能量贡献计算得到加权幅值,并以此幅值为依据估计传感器的换能效率。实现了对磁致伸缩导波传感器换能效率的估计,为仪器智能化研究提供了基础。     

磁致位移传感器及其应用

磁致伸缩位移传感器用非接触技术监控活动磁铁。由于磁铁和传感器并无直接接触,因此传感器即使在恶劣的工业环境下,例如易受油渍、溶液、尘埃或其它的污染,也能正常的工作。此外还能承受高温、高压、高振荡的环境,适用于多种不同的自动化环境,例如机械控制、木材加工和液体容积测量等。     

超声导波激励频率选取对其模式控制的影响

超声导波在管道中传播模式有纵波、扭转波和弯曲波三种模式,由于扭转波在管道中传播具有非频散特性,在超声导波管道无损检测中得到广泛应用,但在管道中激发出扭转波的同时常常伴随着纵波的出现,导致超声导波检测信号难以识别和分析处理。针对这一问题,计算管道中超声导波传播频散曲线,通过控制扭转波激励频率在纵波的截止频率区范围内选取的方法,抑制纵波的产生。为了验证该方法的有效性和正确性,利用磁致伸缩导波无损检测装置对管道进行一系列不同激励频率的试验。研究结果表明：试验结果与理论结论相吻合,该方法为导波无损检测信号识别和工程应用提供了十分重要的理论依据和指导作用。     

基于直接液体冷却的GMA温控方法研究

摘要：为了给超磁致伸缩执行器（GMA）提供恒温的工作环境以保证输出精度,针对传统间接冷却温控系统热效率较低的问题,基于直接液体冷却原理,提出了一种可应用于弯曲型微位移执行器的新型高热效率GMA温控方法,及提出了新型的卡盘式温控腔体结构。仿真结果表明,多层油道的直接冷却温控方法将磁致伸缩材料（GMM）的温升范围由传统间接冷却温控方式的±O．4℃～±0．5℃提升到±0．02℃之内,新的温控方法和热结构为GMM材料进一步的开发和应用研究提供了设计方向和依据。     

磁致伸缩效应在高精度液位测量中的应用研究

简述了磁致伸缩效应及其在液位测量中的应用。针对储油罐液位测量的特点：大量程至20多m，同时要测量油位、水位、温度及储油量等参数，并且液位测量的允许误差小于几mm，介绍了能满足要求的磁致伸缩液位传感器，并从该传感器的测量原理、信号转换和检测、以及温度对测量的影响等方面进行了详细的分析，对该传感器能够实现高精度液位测量方法进行了研究，供有关研究及应用的技术人员参考。     

带磁致伸缩位移传感器液压缸

本文介绍带磁致伸缩位移传感器液压缸的结构特点。分析说明了磁致伸缩位移传感器的工作原理及性能。     

磁致伸缩导波技术在锚杆检测中的应用研究

为了创造安全的工作环境,基于铁磁性材料的磁致伸缩效应,提出了用磁致伸缩超声导波对锚杆进行检测。论述了检测原理,对导波在锚杆中的传播进行了理论建模,提出了非接触式导波激励和接收方法,研制了相关的实验装置,并对检测信号进行了处理和分析。实验结果表明,磁致伸缩导波技术能够有效可靠地测定锚杆长度及缺陷。     

管道导波无损检测频率选择与管材特征关系

选取合适的导波激励频率在导波无损检测工程应用中具有重要实用意义。分别讨论L(0,1)和L(0, 2)模态导波在管道中存在截止频率现象,给出相应截止频率计算公式,并研究L(0,1)和L(0, 2)导波截止频率分别随管道直径和壁厚变化关系。通过选择不同的激励频率,对一给定的钢管进行试验检测。结果表明：随着管道直径的增大,L(0,1)导波低通截止频率和L(0, 2)导波高通截止频率都随之减小;随着管道壁厚的增大,L(0,1)导波低通截止频率和L(0, 2)导波高通截止频率开始时都随之增大,但增大的幅度慢慢变小,当管径达到一定值时,两者的截止频率与管道的壁厚变化无关;管道导波检测激励频率选择的理论计算和试验结果相互一致。