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磁致伸缩力传感器是以超磁致伸缩材料为敏感元件的新型传感器。磁致伸缩力传感器输出的应变信号通过惠斯顿电桥转换成电信号,从而消除了温度对输出信号的影响。信号放大电路中采用仪表放大器AD822,不仅有效的放大了信号而且提高了信号抗共模干扰的能力。与目前国内外常用的力传感器相比,设计的传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、适应恶劣工作环境的特点,因而在重工业、化学工业等部门以及工业领域的自动化控制系统中都有着良好的应用前景。本文对磁致伸缩力传感器的设计进行了研究。主要内容如下:
⑴对磁致伸缩材料的基本性质及其应用进行了介绍,并根据磁弹性理论对磁致伸缩材料的弹性模量与应力和磁化场的关系做了重点阐述。在对材料特性研究的基础上完成了传感器的磁路设计,经过进一步的优化磁路和偏置磁场减小了磁致伸缩力传感器的体积。
⑵针对超磁致伸缩材料的应力应变之间的迟滞非线性,应用经典Preisach理论建立了输入应力与输出应变之间的迟滞模型,并在Matlab环境下对模型进行仿真。仿真结果表明,建立的迟滞模型能够准确的描述超细致伸缩材料的迟滞非线性。
⑶测试了磁致伸缩力传感器的静态特性并进行简单的理论分析,测试结果基本达到的预期的目标。但是同目前的力敏传感器相比制作的磁致伸缩力传感器的精度、灵敏度等指标还需要进一步提高。