CN209589305U - 一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，属于传感器领域。其结构特征为：整体结构为轴对称式圆柱结构，设置有隔磁圆筒，其中心处开有通孔，隔磁圆筒右侧设置为上导磁体；线圈骨架用来绕制偏置线圈且内部安装有超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒右侧安装有导磁垫片，导磁垫片右侧安装有隔磁钢环，隔磁钢环内部粘贴并固定霍尔传感器；超磁致伸缩棒左侧安装导磁块，顶杆分别穿过通孔、预紧弹簧和预紧螺栓，其之间留有微量的间隙，导磁块、上导磁体、圆筒磁轭与下导磁体形成闭合的磁路；预紧螺栓与端盖之间通过螺纹连接固定，端盖与壳体通过内槽螺钉连接固定，其起到保护内部的结构。本实用新型结构紧凑，牢固可靠。

Description

一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器。

背景技术

压力传感器在工业上有着广泛的应用，目前比较典型的压力传感器有：压电式压力传感器、电容式压力传感器、电阻应变式压力传感器。压电式压力传感器是基于压电材料的压电效应制作的传感器，由于压电式压力传感器的输出为微弱的电荷量，所以必须外加电压放大器，且电压和外接的电缆种类和长度有关，所以实际使用不方便。电容式压力传感器是一种非接触式的传感器，由于电容式压力传感器的电容量的变化是很微小的，因此需要外加复杂的信号放大电路，所以测试***较为复杂。电阻应变式压力传感器是一种将应变片粘贴在被测试试件上或者具有弹性的传感器上，因此，粘合剂的物理性能将直接影响应变计的特性，容易产生测量误差。

超磁致伸缩材料凭借其诸多特点而被誉为21世纪高科技战略资源材料，它能量转化率高并且可以实现电磁和机械能之间的可逆转化，同时又具有超快的响应速度，输出力大，带载能力强等特点，它是继永磁、磁光、高温超导等材料之后又一个新兴的功能材料，利用超磁磁致伸缩逆效应制备传感器是近年出现的研究热点。磁通密度变化是磁致伸缩材料逆效应的一个特点，河北工业大学樊长在等人根据超磁致伸缩棒磁通密度变化的特点研制了磁致伸缩力传感器，并用特斯拉计测量受力后磁通密度的变化，效果较好，但由于漏磁严重，误差较大。目前测量磁通密度的方法较多，主要有：超导测磁法、磁通门磁力计法、光泵测磁法。这些测磁方法要么价格较高，要么实际中实施起来较为复杂。

实用新型内容

为解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，此压力传感器结构简单，寿命长，带载能力强，维护方便，响应速度快，适应恶劣工作环境。同时施加了闭合磁路装置与防止漏磁装置，实现传感器信号测试准确。由霍尔传感器检测超磁致伸缩Terfenol-D在受到压力变化时磁通密度的变化，并把该变化转换成电压信号的输出，实现静态力与静态位移的测量。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，包括端盖、壳体、外套、隔磁圆筒、接线端子和隔磁端盖，所述壳体内部安装有外套，且壳体一侧处开有输电孔，所述输电孔用于连接接线端子，外套内部且相邻处分别设置有隔磁圆筒和隔磁端盖，隔磁圆筒中心处开有通孔，且隔磁圆筒内部安装有上导磁体，隔磁端盖左侧安装有下导磁体，上导磁体与下导磁体之间由外到里分别设置有圆筒磁轭、偏置线圈、线圈骨架与超磁致伸缩棒，线圈骨架用来绕制偏置线圈，且线圈骨架内部安装有超磁致伸缩棒，超磁置伸缩棒右侧安装有导磁垫片，导磁垫片右侧安装有隔磁钢环，隔磁钢环内部粘贴并固定霍尔传感器，且超磁致伸缩棒左侧安装导磁块，导磁块用于连接顶杆，顶杆分别穿过通孔、预紧弹簧和预紧螺栓，其之间留有微量的间隙，预紧螺栓与端盖之间通过螺纹连接固定，端盖与壳体通过内槽螺钉连接固定，导磁块、上导磁体、圆筒磁轭、下导磁体形成闭合的磁路，隔磁圆筒、隔磁端盖、顶杆封装成一个闭合的隔磁回路。

优选的，所述端盖一端用四个内槽螺钉连接与壳体，且端盖中心处开有输出孔，所述端盖输出孔和预紧螺栓的外径用螺纹连接。

优选的，所述顶杆为阶梯型结构，顶杆一端通过预紧螺栓，且之间用预紧弹簧相连，其之间留有微量的间隙，通过调节预紧螺栓与具有螺纹输出孔的端盖之间的螺纹配合长度来改变预紧弹簧的压缩量，把力传递给顶杆，然后作用在超磁致伸缩棒，进而实现对预紧力的方便调节。

优选的，所述偏置线圈提供偏置磁场。

优选的，所述隔磁圆筒与隔磁端盖通过隔磁端盖上圆形环槽相连接，其圆形环槽深5mm，宽5mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型利用超磁致伸缩材料具有带载能力强、精度高、响应速度快等优点。偏置磁场采用偏置线圈产生的电流激励来提供，偏置线圈具有可调性，当需要进行反复实验时，偏置线圈可以提供传感器工作所需的偏置磁场，操作起来简单方便，同时施加了闭合磁路装置与防止漏磁装置，实现传感器信号测试准确。检测装置采用霍尔传感器，霍尔传感器基本特性较好，运行原理及结构简单，成本低，易于和微电子电路兼容等特点。由霍尔传感器检测超磁致伸缩Terfenol-D 在受到压力变化时磁通密度的变化，并把该变化转换成电压信号的输出，实现静态力与静态位移的测量。

附图说明

图1为本实用新型剖视结构示意图；

图2为本实用新型偏置装置示意图；

图3为本实用新型超磁致伸缩棒相对磁导率与磁场强度的关系；

图4为本实用新型测量装置示意图；

图5为本实用新型整体结构示意图；

图6为本实用新型的主视结构示意图；

图7为本实用新型图1中A处的局部放大图。

图中：1-端盖；2-壳体；3-外套；4-隔磁圆筒；5-接线端子；6-隔磁端盖； 7-下导磁体；8-线圈骨架；9-隔磁钢环；10-霍尔传感器；11-导磁垫片；12-偏置线圈；13-圆通磁轭；14-超磁致伸缩棒；15-导磁块；16-上导磁体；17-预紧弹簧；18-内槽螺钉；19-预紧螺栓；20-顶杆；21-第一根导线；22-第二根导线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-7，本实用新型提供一种技术方案：一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，包括端盖1、壳体2、外套3、隔磁圆筒4、接线端子5和隔磁端盖 6，其特征在于：所述壳体2内部安装有外套3，且壳体2一侧处开有输电孔，所述输电孔用于连接接线端子5，外套3内部且相邻处分别设置有隔磁圆筒4和隔磁端盖6，隔磁圆筒4中心处开有通孔，且隔磁圆筒4内部安装有上导磁体16，隔磁端盖6左侧安装有下导磁体7，上导磁体16与下导磁体7之间由外到里分别设置有圆筒磁轭13、偏置线圈12、线圈骨架8与超磁致伸缩棒14，线圈骨架 8用来绕制偏置线圈12，且线圈骨架8内部安装有超磁致伸缩棒14，超磁置伸缩棒14右侧安装有导磁垫片11，导磁垫片11右侧安装有隔磁钢环9，隔磁钢环 9内部粘贴并固定霍尔传感器10，且超磁致伸缩棒14左侧安装导磁块15，导磁块15用于连接顶杆20，顶杆20分别穿过通孔、预紧弹簧17和预紧螺栓19，其之间留有微量的间隙，预紧螺栓19与端盖1之间通过螺纹连接固定，端盖1与壳体2通过内槽螺钉18连接固定，导磁块15、上导磁体16、圆筒磁轭13、下导磁体7形成闭合的磁路，隔磁圆筒4、隔磁端盖6、顶杆20封装成一个闭合的隔磁回路。

偏置装置：

此传感器中超磁致伸缩棒的磁致伸缩逆效应与施加的偏置磁场有关。偏置磁场不仅提高传感器的灵敏度，使超磁致伸缩棒达到合适工作点。而且在确定其它磁元件的结构尺寸时要根据超磁致伸缩棒的最佳偏置磁场和施加的预应力。此压力传感器的偏置磁场由偏置线圈提供，偏置线圈具有可调性，当需要进行反复实验时，偏置线圈可以提供传感器工作所需的偏置磁场，操作起来简单方便。

对于不同厂家的超磁致伸缩材料，其相对磁导率与偏置磁场和预应力关系的特性是不同的。对具体的超磁致伸缩材料进行具体分析，找出最佳工作点的偏置磁场和预应力，来确定此压力传感器的结构。根据厂家提供的超磁致伸缩棒相对磁导率与磁场强度的关系(参见图3)，偏置磁场易选在1KA/m∽25KA/m。

测量装置：

测量装置采用霍尔传感器，其霍尔传感器周围采用隔磁钢环。霍尔传感器基本特性较好，运行原理及结构简单，成本低，易于和微电子电路兼容等特点。由霍尔传感器检测超磁致伸缩Terfenol-D在受到压力变化时磁通密度的变化，并把该变化转换成电压信号的输出，实现静态力的测量。同时，还可以测量静态位移。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，包括端盖(1)、壳体(2)、外套(3)、隔磁圆筒(4)、接线端子(5)和隔磁端盖(6)，其特征在于：所述壳体(2)内部安装有外套(3)，且壳体(2)一侧处开有输电孔，所述输电孔用于连接接线端子(5)，外套(3)内部且相邻处分别设置有隔磁圆筒(4)和隔磁端盖(6)，隔磁圆筒(4)中心处开有通孔，且隔磁圆筒(4)内部安装有上导磁体(16)，隔磁端盖(6)左侧安装有下导磁体(7)，上导磁体(16)与下导磁体(7)之间由外到里分别设置有圆筒磁轭(13)、偏置线圈(12)、线圈骨架(8)与超磁致伸缩棒(14)，线圈骨架(8)用来绕制偏置线圈(12)，且线圈骨架(8)内部安装有超磁致伸缩棒(14)，超磁致伸缩棒(14)右侧安装有导磁垫片(11)，导磁垫片(11)右侧安装有隔磁钢环(9)，隔磁钢环(9)内部粘贴并固定霍尔传感器(10)，且超磁致伸缩棒(14)左侧安装导磁块(15)，导磁块(15)用于连接顶杆(20)，顶杆(20)分别穿过通孔、预紧弹簧(17)和预紧螺栓(19)，其之间留有微量的间隙，预紧螺栓(19)与端盖(1)之间通过螺纹连接固定，端盖(1)与壳体(2)通过内槽螺钉(18)连接固定，导磁块(15)、上导磁体(16)、圆筒磁轭(13)、下导磁体(7)形成闭合的磁路，隔磁圆筒(4)、隔磁端盖(6)、顶杆(20)封装成一个闭合的隔磁回路。

2.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，其特征在于：所述端盖(1)一端用四个内槽螺钉(18)连接壳体(2)，且端盖(1)中心处开有输出孔，所述端盖(1)输出孔和预紧螺栓(19)的外径用螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，其特征在于：所述顶杆(20)为阶梯型结构，顶杆(20)一端通过预紧螺栓(19)，且之间用预紧弹簧(17)相连，其之间留有微量的间隙，通过调节预紧螺栓(19)与具有螺纹输出孔的端盖(1)之间的螺纹配合长度来改变预紧弹簧(17)的压缩量，把力传递给顶杆(20)，然后作用在超磁致伸缩棒(14)，进而实现对预紧力的方便调节。

4.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，其特征在于：所述偏置线圈(12)提供偏置磁场。

5.根据权利要求1所述的一种基于超磁致伸缩逆效应压力传感器，其特征在于：所述隔磁圆筒(4)与隔磁端盖(6)通过隔磁端盖(6)上圆形环槽相连接，其圆形环槽深5mm，宽5mm。