[實用新型]基于超磁致伸縮材料Terfenol-D的無源壓力傳感器

有效

• 申請號: 201220328435.5
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN202757714U
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 王博文;翁玲;王志華;孫英;黃文美
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12;G01L1/22
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本實用新型屬于磁致伸縮傳感器領域，特別涉及一種以超磁致伸縮材料Terfenol-D為敏感元件的無源磁致伸縮壓力傳感器。?

背景技術

現有的壓力傳感器種類繁多，典型的壓力傳感器有：壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器、壓電式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器利用半導體材料的壓阻效應制成，它的基片由半導體材料制成，在外力作用下，基片產生形變，阻值發生變化，電橋失去平衡，從而輸出電壓信號。該傳感器受溫度影響大，重復性較差，且對半導體的加工工藝要求復雜，成本高。電容式壓力傳感器輸出阻抗高，負載能力差，寄生電容影響大，且由于電荷泄漏難于避免，不適宜靜態力的測量。諧振式壓力傳感器制造工藝相對復雜，振動元件集成在壓力敏感膜上，二者的機械耦合易出現問題。壓電式壓力傳感器壓電轉換元件無靜態輸出，某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來克服這一缺陷。?

Terfenol-D的超磁致伸縮材料是一種新型功能材料，憑借室溫下具有大的磁致伸縮（1200×10^-6~2000×10^-6），高的機電耦合系數（0.7~0.75），響應速度快等優點引起了國內外學術界和工業界的極大關注。利用磁致伸縮材料的逆效應制備傳感器是近年出現的研究熱點。河北工業大學樊長在等人依據應力變化時磁致伸縮材料的磁通密度變化的原理研制了磁致伸縮力傳感器，并用特斯拉計測量受力后磁通密度的變化，測量誤差較大。大連理工大學賈振元等人依據集成在力傳感器內部的霍爾傳感器測量磁致伸縮材料受力后磁通密度的變化，實現了磁致伸縮力傳感器靜態力和動態力同時測量，但是該傳感器工作時需要兩個電源，一個給激勵線圈供電，一個給集成在傳感器內部的霍爾傳感器供電，?測試系統復雜，成本較高。目前尚無基于超磁致伸縮材料Terfenol-D的結構簡單、器件自身無需額外電源的磁致伸縮壓力傳感器的報道。?

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有磁致伸縮壓力傳感器技術的不足，設計一種以超磁致伸縮Terfenol-D棒為敏感元件的結構簡單、靈敏度高的磁致伸縮壓力傳感器。采用永久磁鐵和軛鐵產生偏置磁場的方法省去了傳感器自身的外接電源，實現傳感器無外接電源。由惠更斯電橋組成的監測系統檢測超磁致伸縮Terfenol-D棒在受到壓力變化時應變的變化，并把該變化轉換成電壓信號輸出，實現靜態壓力的測量，該壓力傳感器同時還可以進行靜態位移的測量。?

本實用新型采用的技術方案是：?

一種基于超磁致伸縮材料Terfenol-D的無源壓力傳感器，該傳感器的結構為：整體結構為軸對稱式圓柱結構，下端蓋上安裝有帶底圓筒軛鐵，在帶底圓筒軛鐵的內腔底部安裝有下永磁鐵，下永磁鐵的上方邊緣安裝有下環狀梯形軛鐵，下永磁鐵的上方中心安裝有超磁致伸縮Terfenol-D棒，超磁致伸縮Terfenol-D棒上粘有應變片；超磁致伸縮Terfenol-D棒的正上方安裝有上永磁鐵，上永磁鐵下方邊緣安裝有上環狀梯形軛鐵，與下環狀梯形軛鐵對應；上永磁鐵上方安裝有圓形軛鐵，圓形軛鐵和非導磁墊片間安裝有彈簧；非導磁墊片上方中心安裝倒T型頂桿，頂桿底端與非導磁墊片接觸，頂桿的柱端帶有螺紋；在帶底圓筒軛鐵的外部安裝圓筒狀外套，倒T型頂桿的柱端穿過上端蓋的中間開孔，螺桿穿過下端蓋和上端蓋邊緣內部的開孔，用螺帽固定，使上端蓋、圓筒狀外套和下端蓋封裝成一個閉合的結構；帶底圓筒軛鐵和圓形軛鐵之間留有氣隙。?

所述的帶底圓筒軛鐵高度與圓形軛鐵、上永磁鐵、Terfenol-D棒和下永磁鐵的高度之和相等。?

所述的圓筒狀外套的一側帶有長方形開槽。?

所述的應變片為2個，對稱粘貼在超磁致伸縮Terfenol-D棒上。?

本實用新型的顯著特點是以超磁致伸縮Terfenol-D棒2作為敏感元件，利?用圓形軛鐵11、帶底圓筒軛鐵13、上永磁鐵5、上環狀梯形軛鐵4、下環狀梯形軛鐵17、下永磁鐵14產生偏置磁場，免除了激勵線圈，傳感器本身無需額外的外接電源。由惠更斯電橋檢測出Terfenol-D棒2由于受到壓力作用而產生的形變，無需額外的信號放大電路，結構簡單，牢固可靠。磁致伸縮壓力傳感器由于敏感元件Terfenol-D棒2的特殊特性，在測量壓力的同時，還可以進行位移的測量。?

附圖說明