大量程柔性磁致伸缩位移传感器的输出特性

利用磁机耦合方程建立大量程柔性磁致伸缩位移传感器输出电压模型,理论计算输出电压。搭建实验平台,测试波导丝在偏置磁场和激励电流为5~35 kA/m和0.5~3.5 A范围内的输出电压,对比理论值与测量值,确定使波导丝输出电压最优的激励电流和偏置磁场,并对比Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)不同伸长状态下的输出特性。实验结果表明:最优偏置磁场和激励电流为:(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)为15 kA/m和1.5 A;Fe_(82)Ga_(13.5)Al_(4.5)为20 kA/m和1.5 A;Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)为10 kA/m和2 A。Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)波导丝信号衰减程度小,不同伸长状态下的输出电压具有一致性。本文的研究可为设计与开发大量程柔性磁致伸缩位移传感器提供理论依据与指导。

磁致伸缩位移传感器测量盲区失效机理与磁屏蔽优化

磁致伸缩位移传感器在检测线圈附近存在测量盲区,在受限安装空间内有效测量范围难以满足应用需求。针对这一问题,基于魏德曼效应、磁弹性耦合效应和维拉里效应,建立合成磁场作用下磁致伸缩位移传感器的测量盲区模型,分析测量盲区内传感器失效机理。搭建实验平台提供可调的脉冲电流和轴向磁场,选用直径为0.6mm的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)、Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)和Fe_(30)Co_(70)波导丝验证模型的准确性,测量盲区受永磁体产生的轴向磁场影响,并且随轴向磁场增大。增加静磁屏蔽装置并确定最佳参数,制作样机并测试表明:优化后的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)波导丝传感器测量盲区由30.05μs缩短为18.45μs,宽度缩短了38.6%;Fe_(46.5)Ni_(48.5)Cr_(2)Ti_(2.5)Al_(0.5)波导丝传感器测量盲区由31.15μs缩短为19.15μs,宽度缩短了38.5%;Fe_(30)Co_(70)波导丝传感器测量盲区由29.55μs缩短为18.85μs,宽度缩短了36.2%。

宽温域磁致伸缩位移传感器输出电压模型及特性分析

磁致伸缩位移传感器应用于高温环境时,磁致伸缩材料存在随温度升高而力磁性能下降的固有属性,因此迫切需要研究宽温域下传感器的输出特性。基于玻耳兹曼统计量、磁弹性耦合效应和德拜模型,建立了非等温条件下传感器输出电压模型。搭建提供可调脉冲电流和轴向偏置磁场的变温平台,选用直径0.8 mm的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)和Fe_(82)Ga_(13.5)Al_(4.5)波导丝,实验验证了模型的准确性。确定变温下传感器的最佳激励参数,(Fe83Ga17)99.4B_(0.6)偏置磁场21.3 kA/m,脉冲电流24.6 A;Fe_(82)Ga_(13.5)Al_(4.5)偏置磁场16.7 kA/m,脉冲电流18.8 A。在20~350℃用最佳激励参数测得(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)输出电压最高为577.63 mV,Fe_(82)Ga_(13.5)Al_(4.5)输出电压最高为419.56 mV。采用输出幅值高的(Fe_(83)Ga_(17))_(99.4)B_(0.6)波导丝根据其最佳激励参数设计了硬件电路和移动位置磁铁结构,制作宽温域传感器样机并在高温平台上进行测试,20℃时输出电压最高为595.32 mV,500℃时仍有254.67 mV,非线性误差为±1.3 mm。

磁致伸缩位移传感器检测信号分析

实验研究了磁致伸缩位移传感器的探测电压信号,以便提高磁致伸缩位移传感器的检测精度。分析和验证了波导丝材料、驱动脉冲电流、检测线圈等参数对磁致伸缩位移传感器输出电压的影响规律。对检测线圈进行了优化设计,基于实验数据确定了传感器的各项参数值。实验发现磁致伸缩系数大、魏德曼效应显著的Fe-Ga材料作为波导丝,可明显提高电-磁-机械能的转换效率,获得较大的检测电压信号。研制了新型Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器样机,并与Fe-Ni波导丝传感器进行了性能对比。结果表明,与Fe-Ni波导丝相比,Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器的检测信号明显增强,信噪比显著提高,其检测电压信号幅值比Fe-Ni波导丝检测电压信号幅值提高了40mV,相应的传感器精度提高了2倍。

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。

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。

磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的研究与设计

介绍磁致伸缩式扭转超声波位移传感器的工作原理及设计机制 ,该传感器利用磁致伸缩的Wiedeman效应发射扭转波 ,利用磁致伸缩逆效应接收回波信号 ,根据发射脉冲与回波信号的时间差计算活动磁铁的位置。由于磁致伸缩材料和扭转波传播的特性 ,以及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、成本低、寿命长和安装简便 ,适用范围宽等优点。

磁致伸缩位移传感器电路系统的设计

为了实现磁致伸缩位移传感器的低成本化,提出了一种基于MSP430单片机的电路方案,分析设计了脉冲功率放大、信号放大与整形、时间测量、传感器输出接口等电路模块。磁致伸缩效应的特性,以及高精度时间测量电子电路的实现,保证了传感器的测量精度。电路系统各部分信号的实验波形和测试数据表明,传感器具有较高的整体性能,为传感器的低成本产品化生产奠定了基础。

磁致伸缩位移传感器波导丝扭转超声波衰减特性研究

为研制大位移磁致伸缩位移传感器,对扭转超声波在波导丝中的衰减特性进行研究。由于波导丝材料的均一性受拉伸等加工环节的影响,材料的内部变化对检测信号的影响大于超声波在短距离传播的衰减变化。提出的检测方案将永磁体固定在波导丝正中间,去掉两端的阻尼,使得向两端传播的超声波受到同样的反射,通过检测两个回波的幅值来测量超声波衰减系数,可以滤除材料不均匀性产生的影响。搭建了磁致伸缩位移传感器实验平台,基于所提实验方法,测得频率为65 k Hz的扭转超声波在线径为0.5 mm且不受拉力作用下的Fe-Ga和Fe-Ni波导丝的衰减系数分别为1.34 d B/m和1.57 d B/m。实验还对比了不同线径Fe-Ga波导丝、不同扭转超声波频率和波导丝在不同拉力作用下的衰减系数变化,结果表明:衰减系数随波导丝线径的增大而增大;衰减系数与扭转超声波的频率呈正相关;衰减系数随波导丝两端拉力的增大先减小后趋于稳定。

磁致伸缩位移传感器感应信号的分析调理

为了提高磁致伸缩位移传感器感应信号的信噪比和稳定性,同时降低扭转波在波导丝中多次反射叠加而引起信号边沿抖动对测量精度的影响,对感应信号分别做时域和频域相关分析,并在测量电路中做相应信号调理,包括基于数字仿真的模拟滤波电路测试和沿触发定位方式的对比验证实验,论证了所提信号调理方案在提高传感器精度和抗干扰能力方面的可行性.

基于PIC单片机和TDC芯片的智能化磁致伸缩位移传感器

围绕一种液位智能化磁致伸缩位移传感器的实现,介绍了PIC16C63单片机的主要特性以及测量的核心器件TDC-GP1的功能和使用方法,并从硬件设计、软件设计两个方面进行了详细论述。该传感器能同时实现多液位多点温度测量,并用RS-422或RS-485串行通信进行远距离传输,测量精度高,稳定性好。作为新一代智能化传感器,已完成试验,并投入试生产和推广应用。

Fe-Ga磁致伸缩位移传感器驱动电流位置调整与回波速度校正

通过对传统Fe-Ga磁致伸缩位移传感器驱动脉冲电流输入端位置的改进,降低了驱动脉冲电流噪声对检测线圈输出电压的影响,并使检测线圈输出电压信噪比由15.5 d B提高至23.7 d B。基于应力波无阻尼反射原理提出一种新的回波速度校正法,确立了回波速度与波导丝长度、应力波传播时间、反射波传播时间的数学关系,并给出此表达式适用的驱动脉冲电流频率范围。制作了样机,通过实验验证了此方法最大位移测量误差减小到原来的1/5,为Fe-Ga磁致伸缩位移传感器输出性能研究提供了理论依据。

大位移磁致伸缩传感器的弹性波建模与分析

磁致伸缩位移传感器是一种测量精度高,测量位移大的新型位移传感器.传感器设计涉及多学科交叉,难以建立统一数学模型.以FeGa材料作为磁致伸缩位移传感器的核心波导丝,建立了波导丝材料磁致伸缩弹性波振动模型,波导丝磁机耦合模型和信号检测模型;同时分析了弹性波信号的受限因素,信号衰减特性.在数学模型基础上,搭建磁致伸缩位移传感器系统,设计了扭转波信号检测电路.实验结果表明信号的输出随着传感距离的增加而减小,该模型对大位移磁致伸缩传感器研究有积极意义.

一种磁致伸缩位移传感器的优化设计方法

介绍了磁致伸缩直线位移传感器的测量原理,对传感器中的关键电路进行了优化。在激励脉冲发生装置的设计中,提出了一种低成本、低功耗且兼顾脉冲质量的实现方案。在回波信号拾取装置的设计中,确定了其中关键参数。在计时装置的设计中,提出了一种简单同时满足精度要求的计时方案。经过优化的传感器具有很好的静态特性,且具有低成本、低功耗、多接口等优点。

磁致伸缩位移传感器的研究进展

介绍了磁致伸缩位移传感器的研究现状、磁致伸缩位移传感器与其他传感器相比的自身优势、磁致伸缩位移传感器的应用及其MTS公司的最新产品TemposonicsⅢ和L系列,阐述了磁致伸缩位移传感器的基本原理,指出了磁致伸缩位移传感器在材料和电路两方面的发展方向。分析了传统的磁致伸缩位移传感器存在的问题及改进方法,预测了磁致伸缩位移传感器将采用一系列的新技术使该类传感器成本大幅下降,性能显著提高,应用范围更加广泛。

磁致伸缩位移传感器的应用

简单介绍磁致伸缩传感器的原理及特点,同时介绍了磁致伸缩传感器在高精度位移检测中的应用实例。

基于单片机的磁致伸缩位移传感器数字化处理系统研究

介绍了磁致伸缩位移传感器的结构、工作原理及信号特点 ,提出了一种小型数字化处理系统 ,利用单片机对磁致伸缩位移传感器的输出模拟信号进行数字化处理 ,采用抽取被测信号特征量的滑动滤波算法 ,得到准确的数字信号 ,以异步串行通信方式传输 ,提高了传感器的整体性能 。

磁致伸缩位移传感器信号数字滤波方法

文中介绍应用数字滤波方法提高磁致伸缩位移传感器测量准确度的方法,提出用窗函数设计数字滤波器的方法,通过试验数据分析表明效果显著。

基于无阻尼扭转波干涉的磁致伸缩位移传感器

为增大检测信号的输出幅值和降低反射波对测量精度的影响,在传统磁致伸缩位移传感器结构基础上,提出一种基于无阻尼扭转波干涉的位移测量方法.制作了Fe-Ga磁致伸缩位移传感器样机,检测线圈输出的电压幅值由42 mV提高到65 mV,信噪比由11.6 dB提高到22.5 dB,位移分辨力提高1倍.对扭转波的两种时间定位方法进行分析,提出了一种动态双侧阈值法的时间定位方法,给出了此方法使用的范围及阈值选取的方法,推导了此方法所能提高的测量精度,并通过实验证明了此方法的测量精度约提高了1倍.

用巨磁电阻位移传感器测量磁致伸缩系数研究

介绍采用巨磁电阻传感器与配对小磁钢设计组成新型位移传感器,测量材料的磁致伸缩系数,并对自旋阀巨磁电阻(NVEAA002-02)位移传感器以及多层膜巨磁电阻(SS501A)位移传感器的测量结果进行分析比较,得出用多层膜巨磁电阻(SS501A)位移传感器测量磁致伸缩系数时灵敏度较高,结果较准确,对磁致伸缩系数的传统测量方法有明显的改进。