基于逆磁致伸缩的索力传感器磁路分析与参数设计

基于逆磁致伸缩效应的索力测量原理,提出一种左右对称激励的旁路式磁路结构,感应检测线圈绕在旁路的轭铁上,通过测量感应电压反映拉力所引起的磁参量的变化,从而求得拉力.对传感器的激励励磁方式、外磁化强度、磁路结构等进行了深入的讨论,针对磁路结构用磁导分析法做了严格的推导,完成传感器的参数设计.通过搭建相应的实验系统,对所设计的传感器做了初步的原理性拉力实验.实验结果表明:该传感器的磁路结构是可行的,测量的重复性较好,小于0.2%.     

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.     

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。     

建立电涡流式微位移传感器的函数关系

文章用最小二乘法和实验的方法建立了被测距离和电涡流式微位移传感器的输出电压之间的函数关系,并给出了该函数关系与实验数据之间的误差。文中也对该传感器进行了重复性和迟滞性误差分析,最后给出了该电涡流传感器的总测量精度。     

基于磁弹效应的索力传感器原理与实验研究

从逆磁致伸缩原理出发,推导出材料的磁导率与材料所受外力,外磁化强度及材料的温度有关.在此基础上,推出了磁导率与索力的基本关系式.讨论了一种双套筒结构的索力传感器,包含激励线圈,感应线圈.选用脉冲式的恒定电流激励,测量感应线圈上感应电压的变化来反映拉力的情况.并对磁导率的工作点选取方法做了重点讨论,同时也做了温度补偿.最后,利用万能拉力机做了传感器的拉力实验.结果表明,该索力传感器结构简单,测量重复性好,可用于桥梁等大型结构的索力测量.     

一种新型差动式压电加速度传感器

设计了一种新型的差动式压电加速度传感器。介绍了传感器的结构和工作原理,推导了传感器的数学模型,并分析了传感器惯性质量块和压电元件的质量对其输出特性的影响。然后,分析了传感器处理电路的结构,推导了该电路的设计指标。实验结果表明,该传感器采用单个惯性质量块实现了对加速度信号的差动式测量,其结构简单、重量轻、易于加工制造、抗干扰能力强;线性度为0.1%,是普通加速度计的1/2;频率响应误差为1%;重复性为1.27%;测量灵敏度是普通加速度计的2倍,基本达到了设计的目的。     

自感式电感传感器中零点误差的处理

本文介绍了自感式电感传感器的工作原理,分析了零点误差产生的原因,在此基础上提出了对零点误差进行处理的措施。实验结果表明,这些措施对抑制自感式电感器测量过程中的零点误差是有效的。     

金属颗粒的电容式速度测量方法研究

针对金属材料在静电场中呈现出的特殊性,设计了一种用于检测管道中金属颗粒速度的电容式传感器。首先,基于多电极理论建立了电容传感器测量金属物质的数学模型,在此基础上,使用COMSOL Multiphysics有限元分析工具建立了传感器三维仿真模型,并对其空间灵敏度分布特性进行了分析。然后,基于该传感器的空间滤波效应对金属颗粒速度测量原理进行了理论分析,建立了传感器输出信号功率谱截止频率和金属颗粒速度之间的关系式。最后,开发了基于三角电极电容传感器和电容数字转换芯片Pcap01的金属颗粒速度测量系统,并在重力输送装置进行了验证及分析。实验结果表明,该测量方法具有良好的可行性,在2.44～5.34 m/s的速度范围内,测量速度的重复性误差小于4%。     

电风车式光纤高电压传感器

基于高电压作用下电风车的转动特性以及光纤传输技术,提出一种电风车式光纤高电压传感器,介绍了这种传感器的基本结构,并给出其测量线性、稳定性的实验结果。这种传感器结构简单、成本低,可实现高电压的绝缘性测量。当环境温度为３０．２℃,相对温度为４８％时,传感器的线性测量为３．０～５．０ｋＶ,其测量结果的非线性误差低于３％。     

磁敏角度传感器特性分析

设计了一种基于磁阻效应(AMR)和霍尔效应的角度传感器。论述了传感器的工作原理、电路组成及功能。传感器由磁阻芯片、霍尔芯片、放大以及滤波电路构成。通过旋转圆柱永磁体改变磁阻芯片、霍尔芯片周围磁场,引起传感器输出电压变化,进而测量旋转角度。在传感器结构设计中,对圆柱永磁体进行了磁场有限元分析,对角度传感器进行了试验标定与数据分析。测试结果表明:在0°~360°范围内,重复性误差为0.58%,迟滞误差为0.33%,综合误差为1.82%,达到了实际角度测量的要求。     

翼伞组提带张力传感器的有限元分析

翼伞在民用、军事、航空领域有广泛的应用,尤其在新冠疫情爆发期间,翼伞在物资投放中发挥了重要的作用。翼伞的组提带张力对其飞行的安全性以及着陆地点的精确性至关重要。为实现翼伞组提带张力的测量,设计一种工字型无线张力传感器结构,可解决现有张力传感器存在的量程不足、会破坏组提带结构等问题。运用SolidWorks设计弹性装配体模型并导入ANSYS Workbench18.0,对其进行静力学分析,选取传感器材料并找到应变片最佳的粘贴位置,对该传感器模型进行静力学仿真和模态分析,分析结果证明该传感器结构的可行性。     

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.     

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。     

预应力钢绞线磁谐振应力监测试验研究

预应力钢绞线是混凝土结构的关键受力构件,其有效预应力一旦损失严重,将威胁结构安全。为了精准监测钢绞线应力状态,基于磁谐振原理和磁弹效应,提出预应力钢绞线磁谐振应力监测方法。设计了双线圈磁谐振传感器,分析了测试频率选择方法,搭建了钢绞线应力监测系统。为验证该方法的可行性,对不同设计拉力的镀锌钢绞线和涂环氧树脂钢绞线试件进行了应力监测试验。试验结果表明：不同批次的钢绞线对应的感应电压随拉力的变化趋势相似;感应电压和钢绞线应力非线性相关,三次拟合优度R~2均大于0.96,灵敏度可达0.064 79%/kN;依据拟合结果和测得感应电压计算钢绞线应力,得到在高荷载情况下钢绞线应力测试误差集中小于4%,为预应力钢绞线监测提供了新方法。     

新型磁性液体微压差传感器的设计及耐压分析

传感器是磁性液体的重要应用领域之一。为弥补现有磁性液体微压差传感器的不足,设计了一种新型的磁性液体微压差传感器,该传感器的复合磁芯由磁导率高的1Cr13和永久磁铁构成,磁性液体被吸附在永久磁铁的端部形成环状起到润滑和密封的作用,敏感元件采用1Cr13,转换元件采用对称线圈。当磁芯进入线圈后,使得线圈电感发生变化,电桥电路输出明显的电压信号。在此基础上,提出了回复力的线性程度和磁性液体环的耐压能力决定了磁性液体微压差传感器的量程范围,并通过理论推导、仿真分析和实验研究的手段证明了磁性液体环的密封耐压能力能够满足磁性液体微压差传感器的测量要求。该传感器体积小、成本低、便于安装,具有很强的实用价值。     

光强正交调制型位移传感器的数学模型与误差分析

针对传统光学位移测量方法对环境要求高和制造精度难以提高等问题,提出了一种以交变光场为测量媒介的新型线性位移检测方法。基于提出的方法,设计了一种光强正交调制型位移传感器。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号,通过对行波信号时间先后的测量实现空间位移的测量。为了深入理解传感器的传感机理,推导了传感器的测量模型,分析了与传感机理相关的关键因素对测量误差的影响。根据测量原理和测量模型的理论分析,研制出传感器原理样机,通过实验测试了各种关键因素对测量误差的影响,并进一步优化设计了传感器结构与参数。实验显示,优化后的传感器在108mm测量范围内的测量精度达到±0.5μm,是一种新的无需精细刻划的位移检测方案。     

基于结构的变流器母排杂散电感优化方法研究

针对大功率变流器功率开关关断时,由叠层母排杂散电感引起的瞬时高压问题,对叠层母排的杂散电感与其结构之间的关系进行了研究。利用Q3D软件对不同尺寸、开孔、开槽等母排常见的结构进行了建模与杂散电感提取,结合对母排中电流流通路径的分析,建立了不同母排结构与杂散电感大小之间的关系,提出了一种基于改善电流流通通道的低感母排结构优化方法。利用该方法对现有的一台有源电力滤波器母排进行了优化设计,采用双脉冲法实验对优化前后母排杂散电感进行了测量。研究结果表明,该优化方法可明显降低母排的杂散电感,并能有效地抑制功率开关关断瞬间所产生的电压冲击。     

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.     

一种高灵敏度磁性液体倾角传感器的研究

磁性液体独特的二阶悬浮力可以替代固体弹性元件为倾角传感器的惯性元件提供一个柔性弹性力,能够极大提高倾角传感器的抗冲击性能,已经在石油勘探行业成功应用。为进一步提高磁性液体倾角传感器的灵敏度,基于磁性液体的二阶悬浮特性提出了一种新的结构和检测方法,对传感器中两个永磁体间磁场的空间分布进行了理论计算和仿真,并通过试验对比分析了在选定不同参数条件下传感器的静态性能,最终得到当侧向间隙为3 mm,磁性液体注入量为1.4 g时,传感器量程为0°～50°,线性度误差为1.004 7%,灵敏度为2.3 mV/°,分辨率为0.023°,重复性误差为3.18%,工作性能最佳,且该传感器性价比高,壳体用材环保,具有很好的实用价值。