压差传感器用磁性液体的制备及特性分析

文中将磁性液体应用于压差传感器,在分析磁性液体磁学模型的基础上,分析了磁性液体用于传感的优势特性——磁性液体的磁化性能和快速响应特性,对其进行了测试并得出结论:制备较高磁化强度的磁性液体,可提高压差传感器的输出特性;同时磁性液体具有的快速响应特性也会使压差传感器具有较好的响应特性。因此,磁性液体在压差传感应用领域必将得到广泛应用和发展。     

触觉传感器设计

分析了人体触觉的组成要素，介绍了触觉知识库的模糊表达及触觉的组成要素的测量方法，提出了触觉传感器的设计原理和触觉测量系统的组成。     

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。     

磁性液体倾斜角传感器的有限元耦合分析

根据一种差动式变压器结构的磁性液体倾斜角传感器工作原理,推导出传感器输出电压与灵敏度公式,并利用ANSYS软件对这种结构的传感器进行电磁-电路的耦合场分析,通过对数值模拟结果进行深入分析以便能为传感器的设计提供指导,并将模拟结果与已公开发表的实验数据进行对比.得出当磁性液体倾斜角传感器的结构参数确定后,传感器的输出电压与转动角度成线性正比关系;且传感器的灵敏度与激励电压的振幅、磁性液体相对磁导率及激励电压频率成正比,但激励电压频率超过一定范围后,传感器灵敏度增加值会逐渐减小,建议激励电压频率最好不超过1.5 kHz.     

差动式磁性液体微压差传感器数学模型计算及试验验证

将兼具有固体铁磁性和流体流动特性的一种新型功能材料——磁性液体应用于微压差传感器的研究。在对磁性液体的磁学模型和磁学特性研究的基础上,通过对试验用磁性液体的磁化强度的测试和磁化曲线的绘制,分析磁性液体微压差传感器的工作原理,建立互感式磁性液体压差传感器的数学模型,计算U形管两臂上通电线圈的电感及互感系数,通过模拟试验得到灵敏度与试验中各参数之间的关系,并绘出灵敏度与U形管径大小之间的关系曲线,推导出差动式压差传感器的压力差输入与感应电势输出之间的关系,并通过试验验证输入与输出之间的线性关系。磁性液体液柱半径rm越小,螺线管直径越小,传感器灵敏度越高;磁性液体的磁导率越大,传感器灵敏度越高。将理论计算和试验对比得出理论值与试验值的一致性。在误差允许的范围内,设计方案可行。     

高灵敏度光学触觉传感器阵列

本文简要介绍了光学触觉传感器阵列的用途和特点,并对各种类型的结构、原理和存在问题作了较详细的分析说明。     

磁性液体微压差传感器校准信号源的研究

提出了一种新颖的低频(0.1～100Hz)磁性液体正弦压力信号源,可用于微压差传感器校准实验,该信号源能够产生与激励电流频率相同的正弦微差压.利用单自由度受迫振动原理分析了输入电信号和输出压力信号之间的函数关系.采用有限元方法(FEM)分析了磁性液体正弦压力信号源内的磁场分布并计算了磁性液体所受磁场力.最后搭建了测试信号源性能的实验平台,并给出了实验结果,由此计算了系统的固有频率及阻尼比等特征参量.实验结果显示与理论分析一致.     

触觉传感器述评

本文对各种典型触觉传感器的优缺点进行了归纳,进而介绍了几种新型触觉传感器,并讨论触觉传感器在机器人中的应用及未来的发展趋势。     

磁性液体水平传感器的数值模拟与实验验证

建立了一种以磁性液体为感应元件的水平传感器的数学模型,利用数值模拟的方法对传感器的输出特性进行研究,并通过实验对数值模拟结果进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致。当结构参数确定之后,该种传感器的输出电压信号及灵敏度正比于磁性液体的磁化系数、激励信号的输入电压有效值、激励信号的输入频率;输出电压信号与被测倾角呈线性关系,而灵敏度则与被测倾角大小无关;输入频率信号的适合取值范围为500～2000Hz。     

磁流体加速度传感器的特征参量分析

本文给出了一种磁流体加速度传感器的结构,分析了加速度传感器的频率特性,基于最小势能原理对所设计的磁流体加速度传感器进行了有限元动态建模,并得到系统的磁机械耦合动态模型,在此基础上得到了固有频率、静态灵敏度、阻尼比等特征参量,并以此为根据确定加速度传感器的结构参数.最后给出了实验结果,实验结果与理论预测基本相符.     

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。     

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%。     

光纤磁流体电磁场传感新方法研究

摘要：以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种新型的光纤F-P电磁场传感器,并给出了基于光纤光栅波长扫描的信号解调方法。对磁流体的可控折射率特性及其对电磁场测量原理进行了充分的分析,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,测量特性具有较好的线性度,且得出温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响的结论。     

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。     

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。     

柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统

为解决现有触觉力标定系统不易实现对柔性触觉传感阵列中任意触觉单元进行标定,且存在精度低、不易操作等弊端,设计并研制了一种柔性触觉传感阵列力觉标定及加载系统。利用STM32F103VET6高性能微处理器控制步进电机以联动S型高精度压力传感器实现二维力的精确加载与标定,并将标定信息于上位机实时图形化显示。介绍了标定平台的结构特点、工作原理及系统软硬件设计,通过对系统误差分析及平台标定测试,可实现二维力加载范围0~50 N,法向与切向精确度为0.18%FS。触觉力加载应用实验表明,该加载平台具有较高的测量精度和较强的实用性,为不同结构单元的柔性触觉传感阵列二维力标定及加载提供了便利。     

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。