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磁致伸缩位移传感器技术研发方向

浏览次数: 日期:2018-10-22 09:36:57

磁致伸缩位移传感器技术研发方向:

1  磁致伸缩新材料的研究

     磁致伸缩位移传感器波导丝质量是决定传感器性能的主要因素。传统的波导丝采用铁镍合金材料制备,伸缩系数较低,严重限制了传感器转换信号的强度,增加了放大电路处理的难度。随着材料技术的发展,以稀土超磁致伸缩材料的发现及新工艺的研究,具有电能-机械能转化率高、能量密度、响应速度高、可靠性好、驱动方式简单等优点,大幅地提升传感器转换信号的强度。为简化电路设计,降低制造成本,提升传感器性能提供了新的突破口。

2  磁致伸缩位移传感器的理论研究

     磁致伸缩现象是电磁能与机械能之间相互转换的复杂物理过程。信号强度与准确度受各种参变量的影响。通过磁致伸缩位移传感器理论的深度研究,可以实现对传感器性能参数的整体优化。

3  提高磁致伸缩位移传感器性能的研究

     精度与重复性精度是磁致伸缩位移传感器重要的两个性能指标。如何提高磁致伸缩位移传感器环境适用性,保障不同环境条件下精度与重复性精度不发生较大变化,是众多生产厂家及相关科研机构努力解决的难题。

     量程大小也是限制磁致伸缩位移传感器用于范围的一个重要因素。因为产品结构设计与加工工艺限制,磁致伸缩位移传感器不宜加工为量程太小的微型位移传感器。随着量程的增大,传感器回路电阻增大,激励信号与转换信号也随之减弱,波导丝扭转机械波随着传播距离的增加能量大幅衰减,磁致伸缩位移传感器的最大加工量程受限。为了提高信号强度,增加传感器的设计量程,厂家通常采用几种办法实现:一种是提高激励信号的强度。不过激励信号强度达到一定程度后将处于饱和状态,这同时也提高了传感器硬件驱动设计的难度;一种是采用磁致伸缩系数更高的新材料加工生产传感器,不过此类研究尚处于起步阶段,无法大规模生产使用;还有一种是采用滤波放大电路,可一定程度增加传感器的设计量程,但是效果有限。

4  数字化与智能化位移传感器的研究

     随着电子技术、计算机技术及通讯技术的发展,磁致伸缩位移传感器也向着数字化、智能化的方向发展。新一代的磁致伸缩位移传感器可输出RS485等数字信号,通过串口与微机系统连接,方便用户的测量与控制需要。磁致伸缩位移传感器数字化研究,不仅能提高传感器的扩展性,还可以提高传感器的测量精度、稳定性与抗干扰能力。目前有不少科研机构与单位致力于磁致伸缩位移传感器电路结构改进与计算软硬件优化,对推进位移传感器数字化与智能化发展影响重大。

5  磁致伸缩位移传感器应用领域的拓展

     位移传感器应用领域是随着传感器技术、机械加工技术、通讯技术的发展而逐步拓展开来的。传感器结构与性能的不断优化,为一些特殊场合的测量与控制提供了条件。

 

附:磁致伸缩现象和磁致伸缩材料

  铁磁性物质在外磁场的作用下,其尺寸或体积发生变化,去掉外磁场后,又恢复原来的状态,这种现象被称为磁致伸缩现象。磁致伸缩现象有三种表现形式:①沿着外磁场方向尺寸大小的相对变化,称为纵向磁致伸缩;②垂直于外磁场方向尺寸大小的相对变化,称为横向磁致伸缩;③材料体积大小的相对变化,称为体积磁致伸缩。纵向或横向磁致伸缩又统称为线性磁致伸缩,具体表现为铁磁体在磁化过程中具有线度的伸长或缩短,横向和体积磁致伸缩工程应用不多见。磁致伸缩效应的机理是:铁磁或亚铁磁材料在居里点以下发生自发磁化,形成磁畴。在每个磁畴内。晶格都沿磁化强度方向发生形变。当施加外磁场时,材料内部随即取向的磁畴发生旋转,是各磁畴的磁化方向趋于一致,物体对外显示的宏观效应即沿磁场方向伸长或缩短。

  磁致伸缩智能材料是一类磁致伸缩效应强烈,具有高磁致伸缩系数的材料,也就是说,它是一类具有电磁能/机械能相互转换功能的材料。磁致伸缩材料主要有三大类:第一类是磁致伸缩的金属与合金、铁氧体磁致伸缩材料。这两种被称为传统磁致伸缩材料;后来人们发现了电致伸缩材料,其电致伸缩系数比金属与合金的大约200-400ppm;第三类是稀土金属间化合物磁致伸缩材料,称为稀土超磁致伸缩材料。

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