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钢缆索索力磁性传感理论模型与实验研究 被引量:14
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作者 陈伟民 姜建山 +2 位作者 章鹏 刘琳 刘小亮 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期794-799,共6页
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... 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1.69mV/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。 展开更多
关键词 逆磁致伸缩效应 传感模型 磁感应强度 缆索索力 索拉力实验
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超磁致伸缩力传感器及其实验研究 被引量:7
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作者 葛春亚 贾振元 +1 位作者 王福吉 刘慧芳 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2011年第6期3-5,16,共4页
超磁致伸缩材料具有相对磁导率高、磁机转换率高等优良特性,对于传感器装置是一种很好的材料。文中基于维拉里效应原理完成了超磁致伸缩力传感器的设计,并利用有限元分析方法验证了所设计传感器磁场分布的合理性。提出了基于电感测量力... 超磁致伸缩材料具有相对磁导率高、磁机转换率高等优良特性,对于传感器装置是一种很好的材料。文中基于维拉里效应原理完成了超磁致伸缩力传感器的设计,并利用有限元分析方法验证了所设计传感器磁场分布的合理性。提出了基于电感测量力传感器输出特性的方法,并进行了实验,确定了该传感器的灵敏度最高状态的最佳偏置磁场强度;并测量了0-10^3N作用力下传感器的输出特性,实验结果表明该传感器输出特性良好,可用于高精度要求的场合。 展开更多
关键词 超磁致伸缩 维拉里效应 相对磁导率 力传感器 电感
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旁路励磁的钢缆索索力传感器参数设计与实验 被引量:5
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作者 姜建山 陈伟民 黄尚廉 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期1158-1163,共6页
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... 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了拉力模拟实验,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。 展开更多
关键词 逆磁致伸缩效应 钢缆索索力 传感器模型 参数设计 索拉力实验
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旁路励磁的钢缆索索力传感器 被引量:3
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作者 姜建山 黄尚廉 +1 位作者 陈伟民 唐德东 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期563-569,共7页
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... 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1.6mV/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。 展开更多
关键词 索力传感器 钢缆索索力 逆磁致伸缩效应 磁路 参数设计
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超磁致伸缩材料与自传感执行器 被引量:2
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作者 王静 顾大强 邬义杰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期131-134,共4页
分别综述了超磁致伸缩材料和自传感执行器的发展、特性以及应用状况 ,剖析了自传感执行器的物理基础和关键技术 ,并分析探讨了一种新颖的基于 Joule效应和 Villari效应的自传感超磁致伸缩执行器。
关键词 执行器 传感 超磁致伸缩材料 关键技术 物理基础 剖析
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外力对逆磁致伸缩索力传感器影响研究 被引量:2
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作者 姜建山 陈伟民 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期438-441,共4页
基于索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸、线圈密度等有关。重点分析了加载外力对传感器输出的影响。在稳恒直流... 基于索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸、线圈密度等有关。重点分析了加载外力对传感器输出的影响。在稳恒直流激励下,当外力缓慢变化时可通过感应积分电压反映外力;当外力交流变化时,可通过感应电压求得外力,感应电压幅值与加载外力的频率成正比。最后,确定模拟实验参数,对传感器进行了仿真。结果表明当外力缓慢变化时,感应积分电压与外力成线性关系,传感器的灵敏度与线圈匝数,材料逆磁致伸缩系数成正比。 展开更多
关键词 逆磁致伸缩 钢缆索索力 影响因素 传感器灵敏度
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超磁致伸缩材料及其在电动机中的应用 被引量:1
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作者 李立毅 曲丽伟 寇宝泉 《微电机》 北大核心 2007年第11期46-50,共5页
超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material简称GMM)是近年来发展起来的一种新型功能材料,在国内外得到广泛应用。将超磁致伸缩材料在电机中的应用技术已经比较成熟。简要介绍了超磁致伸缩材料以及在电机中的应用举例,还对研制一... 超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material简称GMM)是近年来发展起来的一种新型功能材料,在国内外得到广泛应用。将超磁致伸缩材料在电机中的应用技术已经比较成熟。简要介绍了超磁致伸缩材料以及在电机中的应用举例,还对研制一种新型电机-压电陶瓷-磁致伸缩电机进行了展望。 展开更多
关键词 超磁致伸缩材料 焦耳效应 维拉里效应 超磁致伸缩电动机
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激励磁场对逆磁致伸缩索力传感器影响仿真 被引量:1
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作者 姜建山 陈伟民 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2009年第5期345-348,共4页
基于钢缆索索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、加载外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸等有关。重点分析了激励磁场变化对传感器输出的影响,分... 基于钢缆索索力传感理论模型和环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,传感器输出感应电压与激励磁场变化、加载外力变化、某一激励磁场下的材料磁导率及空气间隙尺寸等有关。重点分析了激励磁场变化对传感器输出的影响,分别在激励磁场为稳恒直流磁场、交流磁场、按矩形波规律变化磁场三种情况下对传感器输出进行了讨论和仿真分析。仿真结果表明,在稳恒磁场激励下,可通过感应积分电压求缓变外力,通过感应电压求得非缓变外力。在交流激励下,激励磁场频率对传感器输出有明显影响,频率越高,由激励磁场变化所引起的感应电压幅值越大。 展开更多
关键词 逆磁致伸缩 传感模型 索力 激励磁场 影响因素
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基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究
9
作者 姜建山 陈伟民 +3 位作者 黄尚廉 廖昌荣 章鹏 Jian-shan Wei-min Shang-lian Chang-rong 《计量学报》 CSCD 北大核心 2009年第6期-,共5页
基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,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.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应... 基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,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.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行. Abstract: Based on Villari-effect, the theoretic mdel d the cable tension sensor is presented. The relationship between mechanical parameters such as stress, strain and electromagnetic parameters like magnetic field and magnetic induction field are discussed. One loop-shaped stinulative structure of cable tension sensor based on Villari--effect is proposed and cable tension sensor principle is deeply analysed. By measuring inductive voltage in inductive loops, cable tension stress may be measured. Sensor output may be determined by air clearance, magnetic permeability, magnetic field, stress and inductive loops denseness. The sensor output effects resulting from magnetic field and stress ate analysed respectively. When stress changes tardigradely, the cable tension stress may be measured by measuring inductive integral voltage. When stress changes expeditiously, the cable tension stress may be measured by measuring inductive voltage. Sensor sensibility may be determined by stress frequency, inductive loops denseness, magnetic field and nagnetic permeability. In addition, the sensor output effects from magnetic changing and stress changing have been analysed with emulational methods. The results indicate that sensor theory model is feasible. 展开更多
关键词 逆磁致伸缩效应 力传感器 影响因素研究 Based CABLE Tension Influencing Factors CABLE tension tension stress MAGNETIC field 外力 激励磁场 感应电压 磁场变化 mechanical parameters MAGNETIC induction 索力 理论模型 CHANGING changes 分析
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Coupling effects between elastic and electromagnetic fields from the perspective of conservation of energy
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作者 Peng ZHOU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2021年第11期1649-1662,共14页
Coupling effects among different physical fields reflect the conversion of energies from one field into another substantially.For simple physical processes,their governing or constitutive equations all satisfy the law... Coupling effects among different physical fields reflect the conversion of energies from one field into another substantially.For simple physical processes,their governing or constitutive equations all satisfy the law of conservation of energy(LCE).Then,an analysis is extended to the coupling effects.First,for the linear direct and converse piezoelectric and piezomagnetic effects,their constitutive equations guarantee that the total energy is conserved during the process of energy conversion between the elastic and electromagnetic fields.However,the energies are converted via the work terms,(βijkEi),kvj and(γijkHi),kvj,rather than via the energy terms,βijkEiejk andγijkHiejk.Second,for the generalized Villari effects,the electromagnetic energy can be treated as an extra contribution to the generalized elastic energy.Third,for electrostriction and magnetostriction,both effects are induced by the Maxwell stress.Moreover,their energies are purely electromagnetic and thus both have no converse effects.During these processes,the energies can be converted in three different ways,i.e.,via the non-potential forces,via the cross-dependence of the energy terms,and directly via the electromagnetic interactions of ions and electrons.In the end,the general coupling processes which involve elastic,electromagnetic fields and diffusion are also analyzed.The advantages of using this energy formulation are that it facilitates discussion of the conversion of energies and provides better physical insights into the mechanisms of these coupling effects. 展开更多
关键词 PIEZOELECTRICITY piezomagnetism villari effect ELECTROSTRICTION MAGNETOSTRICTION
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