基于微弱应变测量的磁致伸缩传感器的研制

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具有磁致伸缩性能的各种材料能够使电磁能、机械能、声能等多种形式的能量进行相互转换,所以磁致伸缩材料就成为了实现信息与能量相互转换的一种十分重要的特殊材料。磁致伸缩材料可以在换能器技术开发、智能机翼制造、机器人研发以及微位移致动机器等多种高科技领域内推广和应用,是二十一世纪能够提升国家竞争力的特殊功能性材料。因此发展高性能磁致伸缩微弱应变测量传感器尤为重要。为了更好地解决磁致伸缩传统测试仪器中误差过大、体积过大、操作过复杂及价格过高等问题,本文主要针对微弱应变测量的磁致伸缩传感器的设计和制作进行研究具体内容如下:(1)分析了现有关于磁致伸缩系数测量的具体方法,从传统的磁致伸缩系数计算公式出发,结合应变片测量法、整体代换方法及惠更斯电桥法,提出了一种较好的非平衡电桥法来测定磁致伸缩系数,能够在稳定和精确地获取磁致伸缩系数的同时达到传统大型磁致伸缩测试仪器的精度,比一些传统大型磁致伸缩测试仪器所使用的平衡电桥法更加稳定快捷和方便。(2)在上述方法的基础上,结合放大器、ARM单片机、稳压模块、屏蔽线、电源和半导体应变片,成功地设计并制作出一种可以用于微弱应变精准测量的传感器,其信号处理装置可以将所测得到的具体模拟量经过转换变成数字量,并设计出控制、电源、显示、放大和测量模块,同时设计复位、测量、数据表显示、清屏、显示字、显示字母数据制点和曲线绘制等程序,这些程序可以运用到单片机的算法处理中。另外,该传感器能够实现连续测量、同步实时测量和无损测量磁致伸缩材料的磁致伸缩系数,其微弱变化测量精度高达10-6m,已经达到了光干涉法装置测量的精度。(3)利用上述传感器获得了在295K的温度下,060mT磁场中Fe-Ga合金材料的关系曲线,并建立了磁致伸缩系数与磁场的关系公式。其实验结果表明,这一传感器能够非常稳定并且精确地测量出磁致伸缩系数。这个测量结果与平衡电桥法的测量结果相比,不论是在数据分析及绘图结果上,还是在传感器的测量结果上都显得更加稳定。
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