CN112067173A - 一种螺旋形压力探测器 - Google Patents

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    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
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Abstract

本发明涉及压力探测领域，具体提供了一种螺旋形压力探测器，磁体的两端分别连接第一铁轭的一端和第二铁轭的一端，第一铁轭的另一端固定连接螺旋的一端，第一铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的一端固定连接螺旋的另一端，第三铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的另一端面与第二铁轭的另一端面间设有间隙，螺旋的材料为超磁致伸缩材料。应用时，待测压力施加在第一铁轭和第三铁轭之间，改变了磁回路中的磁阻，从而改变了间隙处的磁场，通过测量间隙处磁场的变化实现待测压力探测。本发明中具有压力探测灵敏度高和设备简单的优点。

Description

一种螺旋形压力探测器
技术领域
本发明涉及压力探测领域，具体涉及一种螺旋形压力探测器。
背景技术
传统压力探测是基于电学原理的。压力探测的灵敏度低，需要布置***引线，在机床及自动化领域中的某些场合使用不便。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种螺旋形压力探测器，包括：磁体、第一铁轭、第二铁轭、螺旋、第三铁轭，磁体的两端分别连接第一铁轭的一端和第二铁轭的一端，第一铁轭的另一端固定连接螺旋的一端，第一铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的一端固定连接螺旋的另一端，第三铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的另一端面与第二铁轭的另一端面间设有间隙，螺旋的材料为超磁致伸缩材料。
更进一步地，磁体为电磁体或永磁体。
更进一步地，超磁致伸缩材料为稀土超磁致伸缩材料。
更进一步地，螺旋的匝数大于2。
更进一步地，还包括磁性颗粒，磁性颗粒置于所述螺旋上。
更进一步地，磁性颗粒为多个。
更进一步地，磁性颗粒为四氧化三铁颗粒。
更进一步地，相邻磁性颗粒不接触。
更进一步地，磁性颗粒位于螺旋的相邻匝之间。
更进一步地，螺旋为双螺旋。
本发明的有益效果：本发明提供了一种螺旋形压力探测器，磁体的两端分别连接第一铁轭的一端和第二铁轭的一端，第一铁轭的另一端固定连接螺旋的一端，第一铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的一端固定连接螺旋的另一端，第三铁轭与螺旋的轴线垂直，第三铁轭的另一端面与第二铁轭的另一端面间设有间隙，螺旋的材料为超磁致伸缩材料。本发明中，磁体、第一铁轭、螺旋、第三铁轭、间隙、第二铁轭构成磁回路。应用时，待测压力施加在第一铁轭和第三铁轭之间，改变了磁回路中的磁阻，从而改变了间隙处的磁场，通过测量间隙处磁场的变化实现待测压力探测。本发明中，一方面，待测压力挤压螺旋，从而使得螺旋的螺距变短，加强了相邻匝之间的耦合；另一方面，待测压力挤压螺旋，从而使得超磁致伸缩材料产生逆磁致伸缩效应，导致超磁致伸缩材料的磁导率增加。这两方面均导致了螺旋整体的磁阻减小，因此导致间隙处的磁场增加更多。因此，本发明具有压力探测灵敏度高的优点。本发明是基于磁路的，不需要布置***引线，结构简单，成本低。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种螺旋形压力探测器的示意图。
图中：1、磁体；2、第一铁轭；3、第二铁轭；4、螺旋；5、第三铁轭；6、间隙。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种螺旋形压力探测器。如图1所示，该螺旋形压力探测器包括磁体1、第一铁轭2、第二铁轭3、螺旋4、第三铁轭5。磁体1的两端分别连接第一铁轭2的一端和第二铁轭3的一端。磁体1为电磁体或永磁体。第一铁轭2的另一端固定连接螺旋4的一端，第一铁轭2与螺旋4的轴线垂直，以便于通过第一铁轭2向螺旋4施加待测压力。第三铁轭5的一端固定连接螺旋4的另一端，第三铁轭5与螺旋4的轴线垂直，以便于通过第三铁轭5向螺旋4施加待测压力。第三铁轭5的另一端面与第二铁轭3的另一端面间设有间隙6，用以测量磁路中的磁场。螺旋4的材料为超磁致伸缩材料。超磁致伸缩材料为稀土超磁致伸缩材料。优选地，超磁致伸缩材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。
本发明中，磁体1、第一铁轭2、螺旋4、第三铁轭5、间隙6、第二铁轭3构成磁回路。应用时，待测压力施加在第一铁轭2和第三铁轭5之间，改变了磁回路中的磁阻，从而改变了间隙6处的磁场，通过测量间隙处磁场的变化实现待测压力探测。本发明中，一方面，待测压力挤压螺旋4，从而使得螺旋4的螺距变短，加强了相邻匝之间的耦合；另一方面，待测压力挤压螺旋4，从而使得超磁致伸缩材料产生逆磁致伸缩效应，导致超磁致伸缩材料的磁导率增加。这两方面均导致了螺旋4整体的磁阻减小，因此导致间隙6处的磁场增加更多。因此，本发明具有压力探测灵敏度高的优点。本发明是基于磁路的，不需要布置***引线，结构简单，成本低。
更进一步地，螺旋4的匝数大于2。优选地，螺旋4的匝数大于4。这样一来，在压力改变超磁致伸缩材料磁导率的同时，能够更多地改变相邻匝之间的耦合对第一铁轭2和第三铁轭5之间磁阻的影响，从而提高压力探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括磁性颗粒，磁性颗粒置于螺旋4上。磁性颗粒为多个。磁性颗粒为四氧化三铁颗粒。这样一来，当螺旋4被压缩时，相邻匝上的磁性颗粒之间的距离减少，增强了相邻磁性颗粒之间的磁场耦合，更进一步地减少了螺旋4整体的磁阻，更多地增强了间隙6处的磁场，从而提高了压力探测的灵敏度。
更进一步地，相邻磁性颗粒不接触。这样一来，磁性颗粒对螺旋4整体磁阻的改变主要来自于磁性颗粒之间的磁场耦合。因为磁性颗粒之间的磁场耦合对磁性颗粒之间的距离非常敏感，所以磁性颗粒之间的磁场耦合对待测压力也非常敏感，从而提高了压力探测的灵敏度。
实施例3
在实施例2的基础上，磁性颗粒位于螺旋4的相邻匝之间。这样一来，磁性颗粒更多地增强了相邻匝之间的磁场耦合，从而使得螺旋4整体的磁阻对待测压力更加敏感，从而提高了压力探测的灵敏度。
更进一步地，螺旋管线上具有凹坑，磁性颗粒部分地设置在凹坑内。也就是说，单个磁性颗粒的部分设置在凹坑内，同一个磁性颗粒的另外部分设置在凹坑外。这样一来，一方面，增强了结构的稳定性，磁性颗粒更容易固定在螺旋4上；另一方面，凹坑减少了螺旋管线的截面积，在待测压力的作用下，螺旋管线磁导率的相对变化更多，从而更多地改变了螺旋4整体的磁导率，从而更多地改变了间隙6处的磁场，从而提高了压力探测的灵敏度。
实施例4
在实施例3的基础上，螺旋4为双螺旋。一方面，双螺旋结构能够承载更多的压力，拓宽了探测器压力探测的范围；另一方面，双螺旋结构减少了螺旋4管线之间的距离，从而增强了相邻螺旋管线之间的耦合，使得相邻螺旋管线之间的耦合对待测压力更加敏感，从而提高了压力探测的灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种螺旋形压力探测器，其特征在于，包括：磁体、第一铁轭、第二铁轭、螺旋、第三铁轭，所述磁体的两端分别连接所述第一铁轭的一端和所述第二铁轭的一端，所述第一铁轭的另一端固定连接所述螺旋的一端，所述第一铁轭与所述螺旋的轴线垂直，所述第三铁轭的一端固定连接所述螺旋的另一端，所述第三铁轭与所述螺旋的轴线垂直，所述第三铁轭的另一端面与所述第二铁轭的另一端面间设有间隙，所述螺旋的材料为超磁致伸缩材料。
2.如权利要求1所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述磁体为电磁体或永磁体。
3.如权利要求2所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述超磁致伸缩材料为稀土超磁致伸缩材料。
4.如权利要求3所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述螺旋的匝数大于2。
5.如权利要求4所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：还包括磁性颗粒，所述磁性颗粒置于所述螺旋上。
6.如权利要求5所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述磁性颗粒为多个。
7.如权利要求6所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述磁性颗粒为四氧化三铁颗粒。
8.如权利要求7所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：相邻所述磁性颗粒不接触。
9.如权利要求8所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述磁性颗粒位于所述螺旋的相邻匝之间。
10.如权利要求1-9任一项所述的螺旋形压力探测器，其特征在于：所述螺旋为双螺旋。
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