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。     

基于磁致伸缩逆效应的超磁致伸缩力传感器

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。但由于缺乏相应的设计理论分析,从而制约了其发展。在分析了磁致伸缩逆效应的基础上,给出了超磁致伸缩力传感器的设计原理,设计了超磁致伸缩力传感器的结构,并采用数值计算方法对其磁场进行了计算。计算结果与实验结果的比较表明:二者符合较好,设计的超磁致伸缩力传感器方案是可行的,对其今后进行深入应用研究和优化设计具有重要意义。     

基于非晶态合金的逆磁致伸缩效应应变计的研究

非晶态合金材料具有良好的软磁特性，被广泛用作各类传感器的敏感材料。对基于非晶态合金应变计的工作机理、磁输出特性进行了理论分析，设计了相应的磁测系统，并利用TM-M型的Fe基非晶合金薄带，采用贴片的方法进行了实测试验。试验结果显示，这种应变计具有测试准确性高和灵敏度高、测试系统简单等特点，是一种很有发展前景的应力测试方法。     

六磁极差动式逆磁致伸缩效应应力传感器的设计

基于铁磁材料逆磁致伸缩效应的应力测试是一种新技术。目前对该技术的研究重点是如何提高它的测试灵敏度。涉及测试灵敏度的因素很多 ,其中最主要的因素就是传感器的合理设计。设计了一种六磁极差动式磁致伸缩效应应力传感器 ,并对试件进行了扭转和单向拉伸应力测试。通过与应变电测试验比较 ,验证了该传感器的基本磁测性能与理论分析的一致性 ,结果也表明这种传感器具有灵敏度高、结构简单以及可用于多种形式应力检测等特点。     

基于逆磁致伸缩效应的超磁致伸缩磁力控制器件建模

超磁致伸缩器件的输入应力与输出磁通密度存在着滞回非线性.基于Jiles-Atherton模型、磁机械效应方法定律和磁路定律,建立一个超磁致伸缩磁力控制器件的滞回模型.试验结果表明,该模型能较好地描述在变化应力和恒定偏置磁场作用下,超磁致伸缩器件输入应力与输出磁通密度及磁力的滞回关系,并可以预测偏置磁场对器件输出性能的影响,从而对器件的设计与分析具有重要指导意义.     

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.     

用于机械手稳定抓取的磁致伸缩触觉传感器设计与研究

针对智能机械手抓取物体时的滑动问题,为了给机械手提供滑动信号,利用铁镓合金(Galfenol)的逆磁致伸缩效应设计了一种高灵敏度的磁致伸缩触觉传感器。根据逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁结构力学原理和胡克定理,建立了触觉传感器的摩擦力测试模型,利用该传感器进行了滑动检测,对采集的滑动信号作了离散小波变换,分析了不同抓取力下滑动信号的DWT细节系数,通过设置阈值为0.05来控制机械手抓取物体。实验结果表明:在偏置磁场为4.2 kA/m,施加的摩擦力为4 N时,传感器输出电压峰值为256 mV,灵敏度达到64 mV/N,将传感器安装在机械手上,可以为机械手提供稳定抓取的控制信号。     

深度与形貌检测的仿生磁致伸缩触觉传感器设计及实验测试

物体表面形貌深度信息对于智能机器人检测物体表面特征、人机交互具有重要意义。 受动物毛发感知机理启发,设 计了一种新型仿生磁致伸缩触觉传感器单元及阵列;基于逆磁致伸缩效应、欧拉-伯努利梁理论和胡克定律,推导了深度检 测的输出电压模型。 仿真研究确定了最佳偏置磁场和阵列间距,实验测试了传感器单元在静态和动态下的输出特性,在 0. 05~ 4. 8 mm 深度检测范围内,灵敏度为 185. 72 mV/ mm,响应时间和恢复时间分别为 31 ms 和 43 ms,且具有良好的重复 性,传感器阵列中单元之间输出电压的耦合影响不超过 2. 4% 。 将传感器单元及阵列安装在机械手上,选择合适的滑动速度 滑过不同物体表面时,根据输出电压波形精确测量各种深度和形貌,结果表明该传感器单元和阵列可为深度与形貌检测提 供参考。     

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。     

面向纹理识别的便携式触觉传感器设计

本文设计了一种面向纹理识别的便携式触觉传感器,该传感器利用光纤光栅(FBG)识别检测不同的纹理和滑动接触速度,且便于机器人系统集成,同时对硬件和软件配置要求低,受环境影响小。在三维建模基础上对传感器结构进行静力学分析并优化,提高FBG对力觉信息的灵敏度;专门设计并搭建了实验平台,对传感器进行静力标定实验和复杂多纹理表面检测实验。通过实验数据的时频分析,验证了该传感器可以识别不同的滑动接触速度和不同的纹理。在该传感器中,FBG3的灵敏度最高,加载时,平均灵敏度约为51.1 pm/N,线性度为0.998;卸载时,平均灵敏度约为50.8 pm/N,线性度为0.998。FBG2的重复性误差和迟滞性误差最大,分别为2.35%和2.23%。     

磁致伸缩效应原理及在工业测量中的应用

简述了材料的磁致伸缩效应及逆效应原理,详细介绍了磁致伸缩纵向效应(焦耳效应)、扭转效应(维德曼效应)的工程应用及常用的磁致伸缩材料,重点介绍了这两种效应在工业测量领域中(如液位测量、固体材料的弹性模量测量、液体密度、黏度测量等)的应用.     

输电杆塔弱纹理部件的可迁移式检测

输电杆塔关键弱纹理部件的通用检测方法依赖大量样本的标注和学习.在无相关部件样本训练情况下,本文提出一种可迁移的输电杆塔弱纹理部件检测方法.本文方法结合了孪生神经网络和互相关卷积用于融合样本块与待搜索区域的特征,其中通过样本部件掩膜裁剪以有效滤除背景噪声,最后在尺度、位置、交并比3个方面提出了对应的分数修正策略以提高检测...     

自感式拉力传感器理论模型与实验研究

基于逆磁致伸缩效应,在杆件结构弹性范围内改善了传统磁通量传感器的拉力测量方法,设计一种基于自感式原理的新型拉力传感器,建立传感器的理论模型,深入讨论拉力与自感电压之间的关系。为了准确获取自感电压和拉力的关系表达式,提出能够测量包含拉力信息的自感电压测试方法,合理地搭建实验测量平台。实验结果表明,在交流磁场的激励下,传感器的自感电压和拉力之间存在线性关系,针对所设计的便于安装的套筒自感式拉力传感器,在杆件结构弹性范围内进行6次重复性实验以减少误差,结果显示传感器的最大重复性误差为0.81%,传感器的灵敏度为14.6 mV/kN,自感电压和拉力的相关系数达到0.999,理论和实验相符合,进一步验证了理论模型的合理性。     

超磁致伸缩换能器预应力优化设计方法研究

为优化超磁致伸缩换能器的工作性能、提高输出振幅,基于预应力对磁致伸缩效应的作用机理,建立了饱和磁致伸缩系数与预应力的关系模型。提出磁致伸缩灵敏度的概念,建立其与预应力和外磁场强度之间关系的理论模型。以超声换能器输出振幅最大为目标,提出以磁致伸缩平均灵敏度最大为准则的最佳预应力值确定方法。实验结果表明:随着预应力的增大,磁致伸缩平均灵敏度存在极大值,该预应力可在一定驱动磁场强度下获得最大的超声振幅,由此验证了磁致伸缩灵敏度模型的正确性和最佳预应力确定方法的可行性。提出的最佳预应力模型对超磁致伸缩换能器设计中预应力的选择具有指导意义,有助于大振幅超磁致伸缩换能器的设计及应用。     

用于缺陷检测的指尖型大面积光学式触觉传感器设计与性能研究

对各种具有复杂曲面及平面的材料进行缺陷检测的过程中,传统触觉传感器存在探测面积小、探测效率低等缺点。针对这些问题设计并制备了一种指尖型大面积光学式触觉传感器,并将该传感器应用于多种材料的表面缺陷探测中。所设计的传感器外形类似人类手指尖端,同时具备指型曲面和平面双接触面,可满足各种复杂接触面的探测需求。传感器中设计了微型传动装置用于带动摄像头转动以提高成像质量,并通过转动采集多张图像使用APAP图像拼接算法对其进行拼接,增大单次探测有效面积。通过模拟多种材料表面缺陷并制作触觉图像数据集,采用DeepLabv3模型对其进行训练。实验结果表明,在单次采集的情况下,有效探测面积达到16.3 cm²,模型通过训练MIoU达到91.2%,可实现多种材料复杂曲面和平面的缺陷探测。     

超磁致伸缩力传感器及其实验研究

超磁致伸缩材料具有相对磁导率高、磁机转换率高等优良特性,对于传感器装置是一种很好的材料.文中基于维拉里效应原理完成了超磁致伸缩力传感器的设计,并利用有限元分析方法验证了所设计传感器磁场分布的合理性.提出了基于电感测童力传感器输出特性的方法,并进行了实验,确定了该传感器的灵敏度最高状态的最佳偏置磁场强度;并测量了0～10(3)作用力下传感器的输出特性,实验结果表明该传感器输出特性良好,可用于高精度要求的场合.     

偏置磁场对磁致伸缩液位传感器检测电压的影响

为了提高磁致伸缩液位传感器的检测精度,研究了磁致伸缩液位传感器中产生偏置磁场的浮子磁铁的放置方式及其对检测电压的影响。利用ANSYS软件对浮子磁铁不同放置方式下形成的偏置磁场进行了有限元分析,分析显示:采用3块磁铁互成120°N极N极S极(NNS)放置或者采用圆环磁铁作为偏置磁场时检测效果比较理想。实验研究了磁致伸缩液位传感器的偏置磁场对检测电压的影响,并在浮子磁铁不同放置方式下进行多次实验。结果表明:偏置磁铁为3块磁铁互成120°NNS放置时或者为圆环磁铁时,检测电压的幅值达到50mV,比其它放置方式提高了近30mV。研究表明:磁致伸缩液位传感器应选择3块磁铁NNS放置或者选择圆环磁铁作为偏置磁场。