马赫-曾德尔干涉型磁传感器

介绍了利用磁致伸缩效应的光纤马赫-曾德尔干涉型磁传感器的基本结构,给出了传感器的工作基本原理,重点论述了传感器的实验研究进展,尤其是低频交变磁场和直流磁场的检测,以及闭环检测与磁滞效应问题的解决,讨论了传感器目前的研究状况及今后的研究发展方向。     

用于板结构损伤检测的磁致伸缩传感器

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磁致伸缩传感器。该传感器分为激励和接收两部分,由8字型线圈、镍带以及偏置永磁铁组成。根据磁致伸缩效应,激励部分在板中激励导波,波在板中传播,遇缺陷及边缘反射,通过磁致伸缩逆效应,由接收部分接收其反射信号。根据反射信号的到达时间和波在板中传播的速度,可判断出板中缺陷所在位置。改变恒定偏置磁场与时变磁场的方向可以在板中激励不同波型的导波。实验结果证明:该传感器设计是可行的,且具有价格便宜、灵敏度高、可与被测结构分离等优点。     

超磁致伸缩力传感器的模型研究

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,基于能量变分原理,建立了超磁致伸缩力传感器的有限元模型。应用该模型计算了超磁致伸缩力传感器空气隙中的磁感应强度和磁致伸缩棒上施加力的关系,并与实验值进行了比较。计算结果与实验结果符合较好,表明建立的超磁致伸缩力传感器的有限元模型是有效的。     

管道超声导波检测用磁致伸缩涂层传感器研究

为克服磁致伸缩带材导波检测技术对耦合剂的依赖,又能满足对异形部件的检测需求,本文提出了一种磁致伸缩涂层导波检测的新方法。结合Fe-Ga磁致伸缩合金具有高的磁机械耦合系数,通过热喷涂技术制备Fe-Ga合金涂层,磁致伸缩为32 ppm。在1m长预置人工缺陷的316L不锈钢管道一端喷涂Fe-Ga涂层,设计磁致伸缩涂层传感器的结构和参数,得到产生偏置磁场与通入直流电的关系为17.05I Oe。通过频散曲线确定管道纵向导波的激励频率为180kHz,当偏置磁场为273 Oe时,得到缺陷处L(0, 1)、L(0, 2)和端面处L(0, 2)的回波信号幅值分别为0.24 V、0.20 V和1.44 V,说明磁致伸缩涂层传感器不仅能检测出缺陷,还能有效克服带材传感器需要耦合剂和适用对象有限的问题,可应用于管道在线监测,具有重要应用前景。     

磁致伸缩触觉传感器的输出特性研究

基于逆磁致伸缩效应和仿生学原理设计了一种新型的磁致伸缩触觉传感器,应用传感器可以测试机械手抓取力和目标物体刚度,根据电磁学理论、逆磁致伸缩效应和胡克定理,建立了触觉传感器的接触力检测模型和刚度检测模型,制作了磁致伸缩触觉传感器,通过磁场调节装置优化了传感器结构,确定了接触力检测和刚度检测方法,对传感器的输出特性进行了理 论分析和实验验证。结果表明,在偏置磁场为2.56ｋＡ/ｍ 时,传感器在0~1Ｎ接触力下有较高的灵敏度,输出电压相对于未施加力时的最大变化值为22.8ｍＶ,该传感器具有结构简单、性能稳定等优点,可以满足机械手对触觉精确感知的要求。     

—种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器．该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上，改变其谐振频率，通过对谐振频率的检测进行磁场测量．该传感器可以用于静态和动态磁场测量，并且可用作无源、无线磁传感器．主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理，给出了实验结果．传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132Hz／Oe，谐振频率测量分辨率在1Hz时，磁场测量分辨率可达10^-7T数量级．     

基于ARM的超磁致伸缩微驱动器的偏置与驱动电路设计

超磁致伸缩微驱动器的工作主要需要提供一个可控的偏置磁场和驱动磁场,前者使超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性得到优化,消除倍频效应,后者实现对微驱动器的输出位移控制;设计一个可控电流源,采用悬浮负载功率放大恒流电路,并通过ARM处理器的数模控制,使指定电流通过电磁线圈以产生所需磁场强度;该设计的可控电源,可输出最大±5A的电流,提供给偏置和驱动线圈,实现微驱动器的直观、灵活的控制。     

长线磁致伸缩位移传感器的磁极化强度模型

长线磁致伸缩位移传感器是一种利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应及其逆效应实现位移测量的传感器.运用电磁学和铁磁学相关理论,构建了磁极化强度模型,讨论了该种传感器中扭转式弹性波的产生机理.通过建立有限元模型,使用ANSYS仿真平台进行了激励磁场的仿真模拟.理论模型对仿真结果数据的进一步计算获得了磁致伸缩线体内应力的分布特性.计算结果与实验数据的比较,证明了磁极化强度模型相关理论的合理性.为构建有效的弹性波信号,提高该种传感器检测精度提供了理论依据和实验数据.     

磁致伸缩力传感器输出特性及其影响因素分析

为揭示磁致伸缩力传感器的物理机制,研究了磁致伸缩传感器输出电压与核心元件磁特性的关系。基于磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应,使用片状Fe-Ga和Fe-Co合金设计一种新型的力传感器,根据霍尔效应原理和Jiles-Atherton模型推导了力传感器输出电压模型,通过传感器输出特性测试平台对传感器输出特性进行测试,实验结果表明在偏置磁场6kA/ｍ、 外力2N时,Fe-Ga合金力传感器的最大输出电压为112mV,Fe-Co合金力传感器最大输出电压为58mV,与输出电压模型具有较好的一致性,从物理机制层面上分析磁致伸缩力传感器输出电压的影响因素,确定力传感器的输出电压主要由偏置磁场、外力、以及传感器核心元件磁致伸缩(λ/ λｓ)和Ms/ λｓ1/ 2决定,并且传感器的输出电压与(λ/ λｓ2)１/2成正比,与(Ms/ λｓ１/2)成反比,揭示了磁致伸缩力传感器输出特性的物理机制。     

基于磁致伸缩效应的声表面波电流传感器敏感机理分析

为实现高灵敏度、低温漂的高性能电流传感器,提出将声表面波技术与磁致伸缩效应相结合的电流检测方法,分析了其敏感机理并改善其温度特性.这种声表面波电流传感器采用128°YX-LiNbO3作为压电基片,表面覆盖SiO2薄膜来改善器件温度稳定性,并溅射超磁致伸缩TbDyFe薄膜以响应电流.在电流作用下,TbDyFe薄膜会发生磁致伸缩效应和ΔE效应,引起声表面波相速度的改变.结合层状介质中声传播理论,分析了给定电流下层状结构中声表面波的传播特性,特别分析了TbDyFe和SiO2膜厚对传感器响应的影响.计算结果表明,TbDyFe和SiO2薄膜厚度分别为0.5μm、2μm时,该声表面波电流传感器具有最大检测灵敏度58.2 kHz/A,有良好温度稳定性和较高的灵敏度,从而为高性能声表面波电流传感器的研制奠定理论基础.     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

差动式逆磁致伸缩应力传感器的设计

基于铁磁材料的逆磁致伸缩效应,设计了一种五磁极差动式应力传感器。通过初步实验,验证了其基本磁测性能,并认为该传感器具有灵敏度较高、可用于扭矩及其它形式应力检测等特点。     

双丝差动型磁致伸缩位移传感器结构设计

为了降低现有磁致伸缩位移传感器信号的各种噪声干扰,有效的提高测量精度,减小误差,提出了一种新型的双丝差动结构设计方案;分析了传统单线圈磁致伸缩位移传感抗干扰能力和精度的不足,并通过电路信号测试对比、传感器精度实验、稳定性实验对比论证了本方案在提高传感器精度和抗干扰能力方面的优势,为产品化的磁致伸缩传感器结构设计提供了一种全新的思路.     

超磁致伸缩换能器的研制

0引言磁致伸缩效应是焦耳于1842年发现的。＿1842年人们开始利用磁致伸缩材料制作水声换能器并投入使用。然而因其应变很小,耦合困难故一直无法使用到岩体的探测之中。近年来,人们在探索一种新型的高机电转换效率、大应变的磁致伸缩材料,在超磁致伸缩材料的方面已获得?..     

磁致伸缩液位传感器检测信号影响因素分析及实验研究

磁致伸缩液位传感器作为液位测量装置,其检测信号对磁致伸缩液位传感器性能产生直接的影响,因此检测信号影响因素分析对优化传感器的性能至关重要。本文从检测线圈结构和脉冲电流参数对检测信号的影响进行讨论,建立了基于检测线圈的等效电路模型,使得在确立线圈结构参数时有了理论依据;观察检测信号波形变化趋势,得到感应信号随影响因素的变化曲线,从而得出液位传感器最优参数。优化后的液位传感器,提高了检测信号的抗干扰能力及其稳定性。该研究结果为磁致伸缩液位传感器的优化设计提供理论基础与指导。     

退磁场对磁致伸缩应力耦合谐振磁传感器灵敏度的影响研究

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合的谐振式磁传感器具有高灵敏度、高分辨率、高Q值等优良性能。然而,磁性敏感材料的退磁场效应导致磁传感器的灵敏度随敏感材料的尺寸而变化。采用退磁因子计算经验公式与Maxwell电磁仿真相结合,分析了相同截面积、不同长度铁镓(FeGa)磁致伸缩合金的退磁因子,并将退磁因子代入非线性磁致伸缩模型,分析并预测了退磁场对FeGa合金磁致伸缩性能和FeGa/石英音叉谐振器复合谐振式磁场传感器灵敏度的影响。采用10.6 mm、20 mm和30 mm三种不同长度FeGa合金与石英音叉谐振器复合,制备器件实验表明：退磁因子和传感器灵敏度随FeGa合金长度增加而分别减小和增加,最优偏置点的灵敏度分别为3.7 Hz/Oe, 5.8 Hz/Oe和9 Hz/Oe,实验结果和理论分析结果较为吻合。     

磁头型扭矩传感器气隙补偿研究

针对气隙扰动是影响基于逆磁致伸缩效应磁头型扭矩传感器的输出和灵敏度的主要问题,提出了一种利用电路进行气隙补偿的方案,并利用在旋转轴表面粘贴非晶合金薄带层的方法,实验论证了传感器的基本特性,结果表明:所设计的传感器及其电路具有气隙补偿的能力。     

逆磁致伸缩效应扭矩传感器的历史、现状、趋势

随着扭矩传感器应用领域的扩大，逆磁致伸缩扭矩传感器也得到不断的发展，本文简要地综述了基于逆磁致伸缩效应的扭矩传感器发展概况，介绍了它们的工作原理，结构特点，存在的问题及今后的发展趋势。     

一种铁镍合金磁致伸缩位移传感器设计

阐述了基于铁镍合金材料的磁致伸缩效应的位移传感器的工作原理,通过在磁伸材料两端施加电流脉冲信号,产生的纵向环形磁场与永磁产生的恒磁耦合产生磁弹性波,激励电流与反射弹性波在检测线圈中产生两脉冲信号,其时差与永磁位移呈线性关系.设计了脉冲激励电流发生和检测线圈感应信号处理电路,将反映位移的两脉冲信号时差转换成脉宽调制(PWM)信号,从而实现了用时差和模拟电压反映位移量的两种输出形式.通过对量程84 cm的铁镍合金材料实验,结果表明:当激励脉冲信号脉宽为10μs,功放幅值为10.3V,检测线圈匝数为600匝时,时差和模拟电压测量位移量的线性度分别为0.165％ FS和0.175％ FS.     

开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的实验研究

磁致伸缩导波技术具有单点激励即可实现长距离检测的优点,但在检测非铁磁性构件或端部外露构件时面临难题.在分析已有磁致伸缩导波传感器检测原理的基础上,提出首先利用磁致伸缩效应在铁磁性波导管中产生导波;然后通过端部将其传入构件实现检测的原理,构建了开放磁路式磁致伸缩导波传感器原理的研究实验平台.采用270 kHz的纵向模态导波,在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25 mm低碳钢钢管上可检测出0.5mm深刻槽和Φ5 mm的通孔缺陷,且在长2800 mm,壁厚2.5mm的Φ25mm不锈钢钢管上可得到明显的端部回波信号,从而为该传感器进一步应用于非铁磁性或端部外露构件检测提供了依据.