磁致伸缩位移传感器信号处理电路的研究与实现

介绍磁致伸缩传感器的工作原理及实现机制此传感器利用磁致伸缩效应,根据发射端的激励脉冲电流,产生脉冲磁场,设计发射脉冲与回波信号的时间差计算活动磁铁的位置.设计并实现了激励脉冲发射电路、滤波、信号放大、电压比较、检波等信号处理电路.由于磁致伸缩材质和扭转波的传播特性,以及电子测量电路对于精确测时功能的实现,使得该传感器同时具有精度高、测量大位移、寿命长、安装简便,适用范围广等优点.     

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。     

基于磁致伸缩效应的超声应力波传感器设计与优化

应用超声应力波对结构损伤进行快速准确地检测是结构健康监测领域的一种新兴技术。近年来,一种利用铁磁性材料的磁致伸缩特性激励和接收超声应力波的磁致伸缩传感器,凭借其结构简单、价格低廉、非接触性等优点,受到了广泛关注。本文基于铁磁性材料的磁致伸缩特性,提出一种用于非铁磁性板结构损伤检测的SH0型磁致伸缩传感器,理论和实验研究表明了该传感器设计的可行性及实用性。在此基础上,运用ANSYS软件优化磁致伸缩传感器设计,从而提高传感器功效,并通过实验验证优化结果。     

KMR系列磁致伸缩液位计的开发及应用

本文对所开发KMR系列磁致伸缩液位的基本原理、性能进行阐述,给出测试系统的主要技术指标,并对测试系统的测试结果进行分析,得到线性度良好的实验测试曲线,最后指出测试系统安装的要点。     

一种基于超磁致伸缩材料的发音头盔

在分析了超磁致伸缩材料工作特性的基础上,提出了一种基于超磁致伸缩材料的发音头盔。介绍了发音头盔的工作原理和结构,超磁致伸缩驱动器以及在头盔中固定机构的设计。该发音头盔极大地提高了头盔的使用性能,具有广阔的推广应用前景。     

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...     

WCM型磁致伸缩液位变送器

本文介绍了北京长恒仪表有限责任公司生产的ＷＣＭ型磁致空位变送器。仪表采用磁致伸缩技术,具有测量精度高,成本低,寿命长和安装简便等特点,该仪表主要应用于石化行业各种贮液容器做液位测量。     

磁电耦合式小盲区磁致伸缩位移传感器设计与输出特性

针对液压缸、精密机械等安装空间有限、精度要求高的位移测量场景,本文提出了一种磁电耦合传感构型的高精度小盲区磁致伸缩位移传感器。 该传感器的信号检测元件采用 Co70Fe30/ PZT-5/ Co70Fe30 磁电复合材料作为核心敏感材料,该复合材料具有纵向磁化-横向极化的工作模式。 基于玻尔兹曼统计量、磁电效应和逆磁致伸缩效应建立了磁电耦合式磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,并选用直径为 0. 5 mm 的 Fe46. 5Ni48. 5Cr2Ti2. 5Al0. 5(后简称 Fe-Ni)波导丝搭建了脉冲电流、轴向偏置磁场可调的实验平台,验证了模型的准确性。 确定了传感器的最佳激励脉冲电流为 23 A 和最佳偏置磁场为 30 kA/ m,此时的输出电压为 412 mV。 以 Fe-Ni 为波导丝材料,基于 Co70Fe30/ PZT-5/ Co70Fe30 磁电复合材料,设计了磁电耦合式磁致伸缩位移传感器样机,并搭建了位移传感器测量校准平台,测试得到样机具有±0. 02 mm 的测量精度以及 15 mm 的盲区距离,与同参数的传统线圈传感式磁致伸缩位移传感器相比精度提高了 33% ,盲区距离减小了 85% 。     

超磁致伸缩驱动器的热致输出及其抑制方法

分析了超磁致伸缩驱动器的热特性,提出了采用相变材料控制超磁致伸缩棒温升的抑制方法。在对各种热致输出抑制方法进行对比分析的基础上,提出组合温控的设想。试验结果表明组合温控能将超磁致伸缩棒的温度控制在45±0．5℃,超磁致伸缩驱动器相应的输出精度达到0．5μm。     

A novel magnetostrictive static force sensor based on the giant magnetostrictive material

In order to realize static force measuring and improve the sensitivity of magnetostrictive force sensor, a novel magnetostrictive static force sensor with giant magnetostrictive material rod is presented. A Hall sensor integrated in the sensor is used to measure magnetic flux density variation under force. A special structure surrounding Hall sensor is proposed to improve the sensitivity. The design method of the giant magnetostrictive force sensor is expounded firstly. The magnetic characteristics are analyzed by FEM. A model is developed based on the coupled linear magnetomechanical constitutive equations and the experimental result shows that the model is good at reflecting the force. The optimal bias magnetic field and sensitivity are studied through experiments. The sensor sensitivity is 6.14 times higher than that of the sensor which dose not have a stainless steel ring. The paper lays a foundation for the development of magnetostrictive force sensor with giant magnetostrictive material.     

一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的聚磁式光纤电流传感器

本文提出了一种基于阶梯型磁致伸缩复合材料的聚磁式光纤电流传感器,解决了常规磁致伸缩复合材料上待测电流诱导磁场“两端高、中间低”的分布问题。首先运用安培环路定律,构建传感器的磁场分布模型,由理论分析可知,材料中心磁场与材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁成反比关系;其次,针对传感器的关键参数开展有限元仿真分析,仿真结果表明,材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁是材料中心磁场的主要影响因素,磁场会随着材料厚度l₁、桥面高度l₂和桥面长度h₁的增大而减小,与理论分析一致。最后制作材料并开展性能测试,结果表明,随着电流的增大,材料中间位置与两端位置的应变逐渐增大,传感器的线性工作范围为0～1 000 A,灵敏度为0.136με/A。     

扭转弹性波主动控制中传感器和二次源的优化布置

建立抟转弹性波主动控制系统的物理模型,研究二次源、误差传感器位置对最优控制效果的影响。研究并证明以位移响应为控制目标函数和以功率流为控制目标函数在扭转弹性波主动控制最优效果的实现上,两者的同一性,从而使得在主动控制的实现上,用简单的位移测量就可以代替关于振动能量传递所进行的复杂的测点布置和计算处理,使主动控制的实际操作变得简单易行。试验研究进一步证实了在扭转弹性波主动控制最优控制效果的实现上,对二     

大量程磁致伸缩位移传感器的应力波衰减特性研究

为研制大量程磁致伸缩位移传感器,对应力波的能量衰减特性进行研究。提出了衰减系数测试方法,给出了衰减系数的计算表达式及其修正方法。搭建了磁致伸缩位移传感器实验平台,测试了应力波在Fe-Ga和Fe-Ni波导丝中传播的衰减系数,确定了波导丝线径、应力波频率和波导丝所受应力对衰减系数的影响规律。结果表明,线径为0.6 mm的Fe-Ga和Fe-Ni波导丝在不受应力作用时,频率54 k Hz的应力波衰减系数分别为0.154 8 Np·m~(-1)和0.180 8 Np·m~(-1);衰减系数随波导丝线径的增大而增大;衰减系数随应力波频率的增大而增大;衰减系数随波导丝所受应力的增大先减小后趋于稳定。在设计大量程磁致伸缩位移传感器时,为减小应力波的衰减,可选择线径为0.4 mm的Fe-Ga波导丝、应力波频率为32 k Hz、波导丝所受应力60 MPa。     

永磁体对磁致伸缩位移传感器波导丝扭转应变的影响分析

为提高磁致伸缩位移传感器输出电压幅值,对波导丝的扭转应变进行研究.基于电磁学与理论力学相关理论建立了波导丝扭转应变的数学模型及三维有限元仿真模型,对波导丝扭转应变的影响因素进行分析.并进行实验,得出相对应的传感器输出电压变化情况.结果表明,传感器输出电压与波导丝发生的扭转应变量最大值变化趋势一致,两者均随着永磁体充磁、...     

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。     

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。     

Temperature Dependence of Ultrasonic Longitudinal Guided Wave Propagation in Long Range Steel Strands

Ultrasonic guided wave inspection is an effective non-destructive testing method which can be used for stress level evaluation in steel strands.Unfortunately the propagation velocity of ultrasonic guided waves changes due to temperature shift making the prestress measurement of steel strands inaccurate and even sometimes impossible.In the course of solving the problem,this paper reports on quantitative research on the temperature dependence of ultrasonic longitudinal guided wave propagation in long range steel strands.In order to achieve the generation and reception of a chosen longitudinal mode in a steel strand with a helical shaped surface,a new type of magnetostrictive transducer was developed,characterized by a group of thin clips and three identical permanent magnets.Excitation and reception of ultrasonic guided waves in a steel strand were performed experimentally.Experimental results shows that in the temperature range from-4 ℃ to 34 ℃,the propagation velocity of the L(0,1) mode at 160 kHz linearly decreased with increasing temperature and its temperature dependent coefficient was 0.90(m·s-1 ·(℃)-1) which is very close to the theoretical prediction.The effect of dimension deviation between the helical and center wires and the effect of the thermal expansion of the steel strand on ultrasonic longitudinal guided wave propagation were also analyzed.It was found that these effects could be ignored compared with the change in the material mechanical properties of the steel strands due to temperature shift.It was also observed that the longitudinal guided wave mode was somewhat more sensitive to temperature changes compared with conventional ultrasonic waves theoretically.Therefore,it is considered that the temperature effect on ultrasonic longitudinal guided wave propagation in order to improve the accuracy of stress measurement in prestressed steel strands.Quantitative research on the temperature dependence of ultrasonic guided wave propagation in steel strands provides an important basis for the compensation of temperature effects in stress measurement in steel strands by using ultrasonic guided wave inspection.     

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.     

GMM在机械电子工程中的应用研究现状

介绍了超磁致伸缩材料（GMM）及其基本特性,并在查阅大量文献的基础上,较全面的论述了GMM在机械电子工程中的应用研究现状及进一步展望。