[發明專利]基于巨磁電阻效應的位移測量裝置及楊氏模量的測量方法

有效

• 申請號: 201310309760.6
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103353274A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 梁志強;莊明偉;韓立銘
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01N3/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術領域

本發明涉及基于巨磁電阻效應的位移測量裝置及楊氏模量的測量方法。

背景技術

巨磁電阻傳感器主要應用于探測磁場、電流、位移、角速度等領域，曾有過許多優秀的技術方案，如2010年05月04日蘇州普利聚芯磁電子科技有限公司申報的授權公告號為CN2282715，中國專利號（ZL）為：201010161711實用新型，專利名稱是一種巨磁電阻測速傳感器的實用新型專利，所采用的技術方案利用了巨磁電阻傳感器測量速度。

現有的技術中，對微小位移的測量精度不夠高，且測量過程比較繁瑣，給實驗研究帶來不便；在物理實驗中，利用光杠桿方法測量楊氏模量，存在著操作步驟繁瑣、測量精度不高等缺陷。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了基于巨磁電阻效應的位移測量裝置及楊氏模量的測量方法，本發明技術方案中利用電位差計精確測量巨磁電阻傳感器測量電路的輸出電壓，配合螺旋測微計精確標定巨磁電阻傳感器的移動等進行測量，使實驗精度得到提高。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

基于巨磁電阻效應的位移測量裝置，包括傳感器測量電路，傳感器測量電路設置在平臺上，平臺與滑動臺相連，滑動臺通過螺旋測微計的絲桿與螺旋測微計連接，螺旋測微計與讀數支架連接，讀數支架設置在底座上。

所述傳感器測量電路與平臺活動連接。

所述傳感器測量電路包括巨磁電阻傳感器及與巨磁電阻傳感器相配合的偏置磁場，巨磁電阻傳感器的輸出端與電位差計相連。

本發明由讀數支架、傳感器測量電路和平臺等三個主要部件組成傳感器測量部件。將傳感器測量電路安裝在平臺上，然后將平臺通過滑動臺與螺旋測微計的絲桿連接，螺旋測微計與讀數支架連接。利用螺旋測微計給巨磁電阻傳感器定標，以及標定巨磁電阻傳感器的移動。如置于平臺上面的傳感器測量電路可相對平臺旋轉，再如可將傳感器測量電路置于平臺的上面或側面，從而實現水平、豎直兩個方向上對微小長度的測量，使得被測磁鋼的方向可以不受限制。還可將該測量裝置應用于鋼片楊氏模量、金屬線膨脹系數等微小位移測量類的物理實驗，而且還易于實現動態測量。

本發明提供的對微小長度精確測量的方法，是將巨磁電阻傳感器的輸出端與配套設備電位差計相連，借助磁鋼片，根據電位差計精確測出的電壓數值計算微小伸長量，從而達到精確測量金屬絲微小伸長量的目的。

本發明的核心部件為基于巨磁電阻效應的巨磁電阻傳感器。巨磁電阻效應是指磁性材料的電阻率在有外磁場作用時較無外磁場作用時存在巨大變化的現象。本發明應用巨磁電阻傳感器可以精確測量磁場變化這一特點，構成傳感器測量電路，用于測量固定于金屬絲上磁鋼的磁場變化，進而測量金屬絲微小伸長量，達到測量金屬絲楊氏模量的目的。

基于巨磁電阻效應的位移測量裝置的楊氏模量的測量方法，包括以下步驟：

步驟一：利用螺旋測微計及讀數支架給巨磁電阻傳感器在垂直方向定標；

步驟二：將巨磁電阻傳感器退回初始位置，保證其位置與定標時的初始位置相同，通過增加砝碼得到電位差計的測量值，利用計算金屬絲的楊氏模量；

式中，Y為金屬絲的楊氏模量，L為金屬絲原長，d為金屬絲直徑，F為金屬絲下面懸掛砝碼的重量，Δl為金屬絲在砝碼拉伸作用下的微小長度變化量，π為圓周率。

所述步驟一中定標的具體過程為：將兩片磁鋼通過吸引力固定在被測金屬絲上，兩片磁鋼距巨磁電阻傳感器7cm且在其上方，首先調節步進讀數盤和滑線讀數盤使檢流計指零，使巨磁電阻傳感器向上運動每次100um的距離，得到對應的輸出電壓，調節步進讀數盤和滑線讀數盤使檢流計再次指零，重復上述實驗，做出巨磁電阻傳感器位移為橫坐標x、輸出電壓為縱坐標y的定標圖，用matlab將數據擬合并繪出曲線圖。

所述步驟一中巨磁電阻傳感器位移與輸出電壓的關系式：U＝kX+161.286??（1）

利用關系式（1），根據繪出曲線圖得出k值，

式中，U為電位差計精確測出的巨磁電阻傳感器的輸出電壓，X為巨磁電阻傳感器的位移，k為數據擬合曲線的斜率。

所述步驟二中測量過程為：每增加被測金屬絲下一個砝碼，電位差計顯示一個讀數，用逐差法處理電位差計測量數據并取平均值得ΔU，將ΔU及步驟一中的k值帶入關系式：Δl＝ΔU/(k*4)，得到Δl值，最后由