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。     

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.     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。     

地空瞬变电磁三分量空芯线圈传感器设计

瞬变电磁法(TEM)作为地球物理非地震探勘的主要电磁方法之一,广泛应用于油气、矿产等地下资源探测,采集数据时一般使用线圈传感器。针对现有的TEM单分量线圈传感器存在的反应异常体信息不全面和数据易丢失的问题,本文设计了一个三分量TEM线圈传感器。通过分析传感器灵敏度与线圈结构参数的关系,对线圈结构、匝数等进行了设计;通过分析TEM磁场传感器频率响应特点,采用欠阻尼匹配模式减小信号失真;通过分析磁传感器各类噪声源分布,选定了适宜的放大器,降低了本底噪声。所研制的三分量TEM感应式磁场传感器重量控制在3.2 kg,工作频段为10 mHz-10 kHz,X分量和Y分量的本底噪声保持在■,灵敏度分别为8.4 nT/s和9.8 nT/s,垂直分量的本底噪声达到■,灵敏度为18.5 nT/s。与现有的单分量TEM接收磁场传感器相比,本设计实现了三个分量的信号采集,且在体积和总重量增大不多的基础上,降低了传感器的灵敏度和本底噪声,提高了信号的信噪比。     

桥梁缆索断丝微磁检测技术研究

基于铁磁材料的剩磁现象,建立了桥梁缆索断丝缺陷漏磁场分析有限元模型,分析了断口处钢丝表面及空气中的漏磁场分布规律,计算了空气层中漏磁场的强度,为微磁探伤技术的应用提供了理论依据;搭建了基于微磁原理的缆索断丝检测试验平台,采用三维磁阻式传感器对缺陷缆索的模拟试件进行了探伤实验,试验结果证实了缆索钢丝中剩磁场的存在及断丝处漏磁场的可检性,分析了不同断丝数量及不同断丝位置的漏磁信号特征,验证了理论分析的正确性及微磁检测方法的可行性;基于微磁原理的缆索断丝无损检测系统,可省略笨重的激磁单元,为实现检测装置的节能化与轻量化设计提供了科学依据。     

用于磁电阻率探测的矢量线圈传感器设计与优化

磁电阻率(MMR)探测方法作为一种新型的堤坝渗漏探测方法,采集数据时主要依靠线圈传感器,针对MMR信号对要求灵敏度高,需要精准矢量采集的特点,本文设计了一款三分量MMR空心线圈传感器。通过对传感器灵敏度与线圈结构参数的分析,对线圈的结构、匝数进行了设计;通过对传感器噪声源分析,选定了适宜的放大器,进一步降低了系统的本底噪声;通过对三分量不正交角度的分析,对线圈的不正交角度进行了参数校正。最终研制了一款三分量MMR线圈传感器。其体积控制在0.027m3,X、Y、Z三分量本底噪声为5.030 435nV/(Hz)^1/2@380Hz,三通道的磁场探测灵敏度为0.189 95pT/(Hz)^1/2@380Hz,三通道一致性良好,三分量校正误差控制在0.2%以内。