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。     

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。     

超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析

本文提出了超磁伸缩致动器(GMA)的新型磁路结构,从而对GMA中存在的温升问题提出了解决方案。对现有GMA及其磁路进行了分析,在此基础上提出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料(GMM)及导磁材料构成。新型GMA结构中线圈所产生的功耗要远低于现有GMA,并且环状GMM可以有效地将线圈和GMM隔离,从而降低了由于温升过大导致GMM棒热变形的影响。     

旁路励磁的钢缆索索力传感器磁路分析

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器。用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关。在外力是缓慢变化情况下,可通过求感应积分电压得到外力;从激励磁化方式、参考工作点的选取,传感器的尺寸设计原则等三个方面做了讨论,确定传感器的参数。最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明旁路励磁的传感器磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量。     

Terfenol-D磁致伸缩微小驱动器磁路设计

提高磁致伸缩驱动器驱动效率的关键环节是建立优化的驱动器磁路。本文基于准静态条件下线性磁致伸缩理论,得出磁致应变S与磁致伸缩材料内部磁场强度B的关系;并根据对无永磁磁偏磁路的分析进一步得出磁致应变S与磁路磁阻R和漏磁磁阻R1的对应关系。应用有限元方法对3种典型磁路结构的磁化效果进行对比分析,验证磁路结构的变化——即磁阻R和漏磁磁阻R1的相应改变对磁致伸缩材料磁化程度的不同影响,进而得出微小驱动器磁路壳体适宜壁厚为2mm,导磁材料的磁导率为2000μ0。根据此结果和磁路设计的2个遵循原则,对一7mm×20mmTerfenolD棒驱动的驱动器进行了磁路设计,应用ANSYS验证了该结构设计的合理性,并试制了驱动器样机。     

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.     

旁路励磁的钢缆索索力传感器

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器.用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关.在外力缓慢变化的情况下,可通过求感应积分电压得到外力.从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计原则等3个方面做了讨论,确定了传感器的参数.最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明,旁路励磁的传感器测量灵敏度达到1.6 mV/kN,磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量.     

超磁致伸缩驱动器磁路设计与仿真

磁路主要为GMA提供激励磁场与偏置磁场叠加的驱动磁场,驱动磁场强度直接影响GMA的输出位移.因此,GMA磁路的结构参数设计是提高电磁转换效率和充分发挥GMM棒特性的关键因素.通过分析GMA的工作原理,将GMM棒中轴线上的磁场强度均匀率作为评价标准和主要设计原则.在给定输出位移和输出力的基础上,分别对偏置磁场选取以及GM...     

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.     

磁弹效应索力传感器的温度影响机理及补偿技术研究

从铁磁材料的磁畴结构入手,研究磁化强度与温度的关系,全面系统地探索了温度对磁弹效应的影响机理.在温度补偿曲线法很难达到在线测试要求的情况下,提出了差动式温度自动补偿技术,理论上分析了补偿原理.设计了单旁路励磁结构的差动式温度自动补偿结构,搭建了温度影响实验方案和实验系统,做了温度影响实验.实验表明：在-30～＋80 ℃的温度范围内,温度对磁导率的影响不大,全范围的波动量小于2.5%,补偿结果满足实际测量需要.     

磁弹索力传感器设计方法研究

针对目前缆索的磁弹索力传感器的设计尚无比较完善的方法的现状,在讨论磁弹索力传感器基本原理的基础上,分析了磁弹索力传感器的结构及内部各磁场分布特点;从缆索、线圈、磁场、信号几方面出发,对缆索的磁弹索力传感器的设计方法进行了研究,提出了保证传感器的感应线圈内部缆索磁化均匀性、线圈安全励磁、提高灵敏度和信噪比等参数设计的具体方法与准则;根据钢缆索材料磁弹效应的材料特性优化传感器的工作点;最后针对某实际工程上应用的缆索,完成了磁弹索力传感器设计的仿真计算与实验验证,结果表明:传感器达到了预期的设计效果,且灵敏度为-0.3535mV/MPa,此设计方法用于磁弹索力传感器的设计可行。     

基于磁弹效应的钢缆索索力测量中励磁磁路研究

本文介绍基于磁弹效应测试钢缆索索力的原理，提出双励磁双循环的磁路结构，用磁导法对其进行磁路分析，讨论了磁路的磁化方式、磁化强度的选取及具体结构设计。并以脉冲直流磁化方式，钢索最大磁导率对应的磁场强度作为励磁强度进行了实验分析。实验分析结果与理论一致，表明该磁路结构设计合理、工作可靠，重复性精度优于0．5％。     

传感器内部磁场分布对磁弹索力传感器性能的影响

为了掌握磁弹索力传感器中磁场分布特点及其对传感器性能的影响,为磁弹索力传感器的设计提供参考,在讨论磁弹索力传感原理基础上,结合磁弹索力传感器结构原理分析磁弹索力传感器内部激励磁场及退磁场分布特点;在同样激励线圈的磁场条件下,通过改变感应线圈长度模拟内部磁场分布的均匀性变化情况,从而对传感器输出与应力关系进行对比性的仿真计算;并按照理论仿真思路,进行实验验证;实验结果表明:磁场均匀性从75％降低到25％时,传感器灵敏度从0.026 9 mV/MPa降低到0.021 9 mV/MPa,重复性误差从0.228％增加到0.734％,与理论仿真定性相符合.     

旁路励磁的磁弹性索力传感器研究

针对目前套筒式磁弹性索力传感器安装和维护特别困难等缺点，提出新的旁路励磁磁路结构，对旁路结构的关键部件进行了设计，搭建了实验系统，做了拉力模拟实验。实验表明：单旁路结构的索力传感器不仅安装方便，且测试结果与理论有很好的一致性，测量的重复性误差小于0．15％，可用作索力的实际测量结构。     

基于电阻应变式称重传感器的电力电缆拉力测量仪设计

为防止电力电缆在生产及安装时由于机械牵引力过大而导致电缆变形,设计了一套电力电缆拉力测量仪。首先由力转换装置把牵引力转换成压力,然后电阻应变式称重传感器将该压力转换成电信号,再经过A/D模块进行采样,最后由单片机对数据进行处理,数据会被实时地保存在EEPROM中,并提供RS485通信和USB通信接口,可将数据传给PC机。通过加载试验、滤波和数据拟合确定了称重传感器输出信号与机械牵引力之间的分段式线性关系,对传感器进行标定。当机械牵引力在0~10 000 N内,最大测量误差为3.7%,平均误差约1.9%;当机械牵引力超过阈值时,仪器能够及时发出声光警报。     

旁路励磁的钢缆索索力传感器参数设计与实验

建立钢缆索索力传感理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系;提出一种改进的旁路励磁索力传感器,用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力;在缓变力情况下,传感器灵敏度与感应线圈的匝数、外激励磁化场及该磁化场下的材料磁导率有关.重点从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计等三方面做了讨论,确定了传感器的参数.最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做丫拉力模拟实验,传感器最大重复性误差为0.27%,实验结果与理论基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行,对传感器的磁路计算、参数设计合理,可用于钢缆索的索力测量.     

电涡流传感器多频检测工作电路参数的选择

简述了电涡流传感器多频多参数测量的工作原理，结合对钢板裂纹深度检测的实例，提出了对传感器检测工作电路参数优化的方法，理论和实践证明此方法可行。     

基于隧道磁阻传感器的车辆探测器研究

设计了一款基于隧道磁电阻传感器(TMR)的车辆探测器。通过理论分析与仿真,确定了车辆探测器的关键指标。对车辆所产生的磁异常信号进行了测量与分析,并根据磁异常信号的特征设计了专用检测电路。在此基础上,对车辆探测器的线性度、噪声、带宽、检测距离、有效探测率等性能指标进行了标定和测试。测试结果表明,该车辆探测器的最远探测距离可达4 m,在3.5 m的探测距离内有效探测率达100%。该车辆探测器拥有精度高、线性度好、体积小、功耗低等优势,适用于高灵敏度的运动车辆目标检测和探测。     

钢缆索索力磁性传感理论模型与实验研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索的索力传感理论模型,深入讨论了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的相互耦合关系.通过对缆索材料磁导率进行泰勒级数展开,得到磁感应强度,加载外力与激励磁场之间的关系.在此基础上,分析了当分别采取稳恒磁场激励和交流磁场激励下,磁感应强度随加载外力的变化情况,并做了仿真.结果表明:不论是稳恒磁场激励,还是交流磁场激励,磁感应强度都随加载外力的增大而变大.针对所设计的环式索力传感器,完成了索力测量原理推导,通过输出感应积分电压可求得索力,并且在只考虑一阶泰勒展开系数时,输出积分电压与索力成线性关系.最后搭建实验系统,通过万能拉力机完成了传感器的外力加载实验.结果表明:传感器灵敏度能达到1.69 mV/kN,最大重复性误差为0.286%,也表明所建立的理论模型是合理的.