CN107576425A - 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 - Google Patents
一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107576425A CN107576425A CN201710740610.9A CN201710740610A CN107576425A CN 107576425 A CN107576425 A CN 107576425A CN 201710740610 A CN201710740610 A CN 201710740610A CN 107576425 A CN107576425 A CN 107576425A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ferromagnetic material
- stress
- gmr
- excitation coil
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明提供一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法，属于检测技术领域。该装置包括激励线圈、磁芯、GMR传感器、直流稳压电源和数据采集装置，其中，直流稳压电源可以替换成功率放大器和函数信号发生器，此时数据采集装置与相敏检波电路连接。该方法通过向激励线圈中通入电流产生磁场，使被测铁磁材料处于恒定弱磁场下，GMR传感器检测应力作用下的铁磁材料周围由磁导率变化引起的磁感应强度的变化，由GMR传感器输出和应力之间的一一对应关系获取应力信息。向激励线圈通入的可以是直流电流，也可以是交流电流，GMR传感器输出与被测铁磁材料应力相关的电压信号；该***灵敏度高、体积小、可以实现铁磁材料应力非接触式测量。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域，特别是指一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法。
背景技术
目前测量铁磁材料(如板带材、大型桁架、球罐等)内部应力的常用测量方法是磁测法，有磁巴克豪森效应法、磁声发射法、逆磁致伸缩效应法、应力致磁各向异性法等，其中，逆磁致伸缩效应法应用较广。逆磁致伸缩效应，又称压磁效应或磁弹性效应，是指处于恒定弱磁场下的铁磁性材料在外力(拉力、压力、扭矩等)的作用下，其磁化强度(即磁导率、磁阻)将随之发生变化的现象。磁弹性效应法测应力目前常用的测量思路是利用U型、E型及多极磁芯，中心磁芯上绕激励线圈、其他磁芯绕感应线圈或两个磁芯绕激励线圈、两个磁芯绕感应线圈，激励线圈通入一定大小和频率的交流电，处于幅值一定的交变弱磁场下的铁磁材料在外应力作用下磁导率发生变化进而引起磁感应强度变化，利用感应线圈检测出变化的信号，由铁磁材料应力和感应线圈信号之间的对应关系，可得被测铁磁材料所受应力。
这种方法可以实现铁磁材料内部应力的接触和非接触测量。然而为了改善感应线圈的输出特性，只能使用交流励磁场激励铁磁材料；因而由于交流磁场的趋肤效应使该方法的应力检测深度有限；同时由于感应线圈的分辨率低，导致该方法的应力检测灵敏度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法，提高应力检出深度，同时更加灵敏地以非接触方式测量铁磁材料内的应力。本发明利用直流电路激励铁磁材料产生磁场，利用巨磁电阻(GMR-giant magnetoresistance)传感器直接检测铁磁材料直流磁场磁感应强度的变化，因此可以显著提高应力的检测灵敏度，增大内应力的检测深度，扩大磁测应力方法的应用范围。
本发明装置包括激励线圈、磁芯和GMR传感器，激励线圈缠绕在磁芯上，被测铁磁材料与磁芯相对，GMR传感器位于磁芯和被测铁磁材料之间；该装置还包括直流稳压电源和数据采集装置，直流稳压电源输出接激励线圈，GMR传感器采集信号输出给数据采集装置。
其中，向激励线圈中输入直流电流。
采用本发明装置进行测量的方法，具体为：向激励线圈中输入直流电流，直流稳压电源输出直流电流使被测铁磁材料磁化，直流稳压电源为被测铁磁材料提供恒定直流弱磁场，通过调节直流稳压电源输出电流大小来调节直流激励磁场的大小；GMR传感器拾取处于直流弱磁场下的被测铁磁材料在弹性应力作用下的信号变化，且GMR传感器输出和应力之间呈一一对应的关系。
当向激励线圈中输入交流电流时，交流电流首先通过函数信号发生器，函数信号发生器输出电流给功率放大器，功率放大器将电流输入激励线圈，为被测铁磁材料提供交变低频弱磁场；GMR传感器检测不同应力作用下的动态信号变化，先经相敏检波电路将载波信号解调、滤波，然后由数据采集装置采集数据。
本装置通过调节直流稳压电源输出电流大小来调节直流激励场；通过调节函数信号发生器输出波形、频率大小、电流幅值来调节交流激励场。GMR传感器检测信号变化，可以检测交流激励磁场作用下的信号变化，也可以检测直流激励磁场作用下的信号变化。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，与现有磁测技术方案相比较，其突出特点是用直流励磁场作为信号激励，用GMR传感器来检测磁场信号变化。利用直流励磁场作为信号激励为铁磁材料励磁时，其应力检测深度更深，同时输出的直流信号后处理电路更加简单；而利用GMR传感器来检测直流磁测信号变化和利用感应线圈来检测交流磁场变化相比较，前者检测灵敏度更高，体积更小，可以显著的减小测试装置的体积，并提高其灵敏度。
附图说明
图1为本发明的非接触式测量铁磁材料应力的装置结构示意图；
图2为本发明的非接触式测量铁磁材料应力的装置测量原理框图；
图3为本发明的非接触式测量铁磁材料应力的装置用直流激励场进行测量的原理简图；
图4为根据本发明测量原理进行扩展的用直流双侧激励场进行测量的原理简图。
其中：1-激励线圈；2-磁芯；3-被测铁磁材料；4-GMR传感器；5-直流稳压电源；6-数据采集装置。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法。
如图1所示，该装置中激励线圈1缠绕在磁芯2上，被测铁磁材料3与磁芯2相对，GMR传感器4位于磁芯2和被测铁磁材料3之间；测量原理如图2所示。
实施例1
采用一组激励组件和一组传感器组件同侧(单侧)布置，如图3所示装置，选择一种线性范围在-3.0mT～3.0mT之间的GMR传感器4，激励线圈1匝数为450匝，被测铁磁材料3厚度分别为1.0mm、2.0mm、3.0mm，调节直流稳压电源5输出电流为200mA，GMR传感器4检测不同应力作用下的静态信号变化，然后由数据采集装置6采集数据，上述实施例用于测量较薄铁磁材料某一方向上的厚度平均应力。
实施例2
用图3所示装置对薄板材进行在线应力测量时，板带振动会引起磁隙的变化，磁隙变化对传感器输出影响很大，为了补偿板带振动引起的磁隙变化对输出的影响，采用两组激励组件和两组传感器组件双侧对称布置，如图4所示装置，选择一种线性范围在-3.0mT～3.0mT之间的GMR传感器4，激励线圈1匝数为450匝，被测铁磁材料3厚度分别为1.0mm、2.0mm、3.0mm，调节直流稳压电源5输出电流为200mA，GMR传感器4检测同一应力作用下板材振动时的静态信号变化，然后由数据采集装置6采集数据。应力一定且两磁芯和两传感器的距离一定，板材振动时两传感器输出之和可近似为某一定值，上述实施例用于实现在线测量较薄铁磁材料某一方向上的厚度平均应力时的间隙补偿。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种非接触式测量铁磁材料应力的装置，其特征在于：包括激励线圈(1)、磁芯(2)和GMR传感器(4)，激励线圈(1)缠绕在磁芯(2)上，被测铁磁材料(3)与磁芯(2)相对，GMR传感器(4)位于磁芯(2)和被测铁磁材料(3)之间；该装置还包括直流稳压电源(5)和数据采集装置(6)，直流稳压电源(5)输出接激励线圈(1)，GMR传感器(4)采集信号输出给数据采集装置(6)。
2.根据权利要求1所述的非接触式测量铁磁材料应力的装置，其特征在于：所述激励线圈(1)输入直流电流。
3.采用权利要求1所述的非接触式测量铁磁材料应力装置进行测量的方法，其特征在于：当向激励线圈(1)中输入直流电流时，直流稳压电源(5)输出直流电流使被测铁磁材料(3)磁化，直流稳压电源(5)为被测铁磁材料(3)提供恒定直流弱磁场；GMR传感器(4)拾取处于直流弱磁场下的被测铁磁材料(3)在弹性应力作用下的信号变化，且GMR传感器(4)输出和应力之间呈一一对应的关系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710740610.9A CN107576425A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710740610.9A CN107576425A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107576425A true CN107576425A (zh) | 2018-01-12 |
Family
ID=61035513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710740610.9A Pending CN107576425A (zh) | 2017-08-25 | 2017-08-25 | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107576425A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111060241A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-24 | 天津大学 | 一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法 |
| CN111208457A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-29 | 清华大学 | 一种新型的磁致伸缩测量方法及装置 |
| CN112067173A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-11 | 刘翡琼 | 一种螺旋形压力探测器 |
| CN112327224A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 非闭合磁路磁场感应取电测试装置及方法 |
| CN113405648A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-17 | 常州工学院 | 一种变应力式振动传感器 |
| CN116593035A (zh) * | 2023-04-11 | 2023-08-15 | 杭州健而控科技有限公司 | 一种无需现场绕线的分体型电磁弹式绝对应力监测装置 |
| CN116839780A (zh) * | 2023-07-06 | 2023-10-03 | 西安电子科技大学 | 无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1274086A (zh) * | 1999-12-21 | 2000-11-22 | 南京大学 | 巨磁电阻效应交、直流两用电流检测、控制器件 |
| CN101813534B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-06-27 | 杭州自动化技术研究院有限公司 | 一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置 |
| CN103760222A (zh) * | 2014-01-18 | 2014-04-30 | 中国矿业大学 | 一种基于巨磁电阻传感器阵列的矿用钢丝绳在线检测装置及方法 |
| CN104655332A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-27 | 山东省计算中心（国家超级计算济南中心） | 一种非接触式应力检测***及方法 |
| JP2015517657A (ja) * | 2012-05-10 | 2015-06-22 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | 集積されたコイルを有する磁場センサのための方法及び装置 |
| CN205210163U (zh) * | 2015-11-25 | 2016-05-04 | 天津航空机电有限公司 | 一种巨磁阻效应电流传感器 |
-
2017
- 2017-08-25 CN CN201710740610.9A patent/CN107576425A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1274086A (zh) * | 1999-12-21 | 2000-11-22 | 南京大学 | 巨磁电阻效应交、直流两用电流检测、控制器件 |
| CN101813534B (zh) * | 2009-02-19 | 2012-06-27 | 杭州自动化技术研究院有限公司 | 一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置 |
| JP2015517657A (ja) * | 2012-05-10 | 2015-06-22 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | 集積されたコイルを有する磁場センサのための方法及び装置 |
| CN103760222A (zh) * | 2014-01-18 | 2014-04-30 | 中国矿业大学 | 一种基于巨磁电阻传感器阵列的矿用钢丝绳在线检测装置及方法 |
| CN104655332A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-27 | 山东省计算中心（国家超级计算济南中心） | 一种非接触式应力检测***及方法 |
| CN205210163U (zh) * | 2015-11-25 | 2016-05-04 | 天津航空机电有限公司 | 一种巨磁阻效应电流传感器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郝艳萍: "巨磁电阻传感器特性测试与应用研究", 《凯里学院优秀毕业论文集》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111060241A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-24 | 天津大学 | 一种基于磁巴克豪森效应的扭矩检测***及检测方法 |
| CN111208457A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-05-29 | 清华大学 | 一种新型的磁致伸缩测量方法及装置 |
| CN111208457B (zh) * | 2019-12-18 | 2021-05-18 | 大连理工大学 | 一种新型的磁致伸缩测量方法及装置 |
| CN112067173A (zh) * | 2020-09-29 | 2020-12-11 | 刘翡琼 | 一种螺旋形压力探测器 |
| CN112327224A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 非闭合磁路磁场感应取电测试装置及方法 |
| CN112327224B (zh) * | 2020-11-02 | 2024-02-13 | 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 | 非闭合磁路磁场感应取电测试装置及方法 |
| CN113405648A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-17 | 常州工学院 | 一种变应力式振动传感器 |
| CN113405648B (zh) * | 2021-06-23 | 2024-01-23 | 常州工学院 | 一种变应力式振动传感器 |
| CN116593035A (zh) * | 2023-04-11 | 2023-08-15 | 杭州健而控科技有限公司 | 一种无需现场绕线的分体型电磁弹式绝对应力监测装置 |
| CN116839780A (zh) * | 2023-07-06 | 2023-10-03 | 西安电子科技大学 | 无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法 |
| CN116839780B (zh) * | 2023-07-06 | 2024-04-23 | 西安电子科技大学 | 无线电能传输耦合器的微弱电磁力测量装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107576425A (zh) | 一种非接触式测量铁磁材料应力的装置及方法 | |
| CN103575960B (zh) | 巨磁阻效应电流传感器 | |
| EP2685271B1 (en) | Magnetic-field detecting device | |
| CN102401853B (zh) | 双轴磁通门电流传感器 | |
| CN205139229U (zh) | 一种巨磁阻效应电流传感器 | |
| CN201917649U (zh) | 一种基于巨磁阻抗效应的磁传感器 | |
| CN110927428B (zh) | 一种宽量程宽频高精度磁平衡式电流测量装置 | |
| EP2871485B1 (en) | Current detection device | |
| CN205210163U (zh) | 一种巨磁阻效应电流传感器 | |
| CN109556647B (zh) | 一种隧道磁阻效应传感器的低频噪声抑制装置及方法 | |
| CN108534852A (zh) | 一种基于动态检测的电磁流量计及检测方法 | |
| CN104808042A (zh) | 磁通门电流传感器 | |
| CN207067224U (zh) | 一种漏电流传感器 | |
| CN205506904U (zh) | 交直流磁通门电流传感器 | |
| CN108562778A (zh) | 一种开口式电流传感器及其控制方法 | |
| CN108732404A (zh) | 一种电流传感器及其多磁通平衡控制电路 | |
| CN107202966A (zh) | 一种变压器绕组相间漏磁场的测量方法和*** | |
| Zhao et al. | Feedback-type giant magneto-impedance sensor based on longitudinal excitation | |
| Panina | Asymmetrical giant magneto-impedance (AGMI) in amorphous wires | |
| CN203535102U (zh) | 巨磁阻效应电流传感器 | |
| CN201007728Y (zh) | 阵列式巨磁阻抗效应电流传感器 | |
| JP2008532012A (ja) | 環状コイル（ｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｏｉｄ）を備える電流センサ | |
| CN109932670A (zh) | 基于上电置位的闭环tmr磁场测量装置 | |
| CN207215885U (zh) | 一种闭环电流传感器 | |
| US20130207651A1 (en) | Fluxgate sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180112 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |