[發明專利]一種用于曲率測量的磁致伸縮觸覺傳感器陣列

在審

• 申請號: 202110174924.3
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112985250A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 張原野;翁玲;高紹陽;程天宇;趙軒;王博文
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01B7/28
• 分類號: G01B7/28
• 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

本發明為一種用于曲率測量的磁致伸縮觸覺傳感器陣列。該傳感器陣列的主體部分包括傳感器陣列基座和嵌入其內的5個傳感單元；所述的傳感單元包括霍爾安置壁、外殼、傳動觸頭、FeGa絲、永磁體、霍爾元件和彈簧；其中，霍爾安置壁嵌入凹槽的端部后，形成的底部平齊的長方形凹槽，長方形凹槽嵌入外殼；FeGa絲的末端固定在傳感單元的霍爾安置壁并與霍爾元件接觸，首端嵌入傳動觸頭之中，傳動觸頭伸出外殼。本發明在10～20m^?1的曲率范圍內，測量誤差最高為6％，且傳感器幾乎不受溫度的影響，能夠滿足對物體曲率的準確測量。

技術領域

本發明將基于FeGa合金材料的磁致伸縮觸覺傳感器應用于物體的曲率測量領域，主要涉及一種以磁致伸縮FeGa絲為敏感元件的觸覺傳感器陣列，通過與被測物體的直接接觸，實現對物體曲率的準確測量。

背景技術

物體的曲率是一個非常重要的參數，而測量物體曲率的傳感器卻并不多見。目前工業上主要是采用應變計和光纖傳感器對物體曲率進行測量。應變計結構簡單，但不能測量較大的曲率，且當物體結構厚度較薄時，測量會比較困難；光纖傳感器靈敏度高，但制作復雜、造價高昂，一旦損壞維修比較困難，且存在溫度交叉敏感問題。可見目前物體曲率測量的主流方法都存在一定的不足，不能滿足工業上對曲率測量的要求。

發明內容

本發明的目的是針對現有的物體曲率測量裝置測量范圍小和對溫度交叉敏感的問題，設計了一種新型磁致伸縮觸覺傳感器陣列。陣列由五個傳感單元直線排列構成，每個傳感單元采用一根磁致伸縮FeGa(成分為(Fe₈₃Ga₁₇)_99.4B_0.6)絲為傳感部件，FeGa絲的末端固定在傳感單元的霍爾安置壁并與霍爾元件接觸，首端嵌入傳動觸頭之中。矩形永磁體安置在FeGa絲末端下方，在霍爾元件的檢測區域內提供均勻的偏置磁場，提高了檢測精度。霍爾元件嵌入在傳感單元的霍爾安置壁外側，檢測區域的中心位置與FeGa絲直接接觸，能更靈敏的檢測磁場變化，輸出電壓信號。在本發明裝置中，傳動觸頭受壓帶動FeGa絲發生形變，由于逆磁致伸縮效應，FeGa絲內部的磁化強度改變，使霍爾元件的輸出電壓變化，通過電壓信號實現對FeGa絲撓度即傳動觸頭受壓距離的精確測量。將傳感器陣列通過傳動觸頭與待測物體直接接觸，獲得五個輸出的電壓信號，結合傳感單元的坐標信息可得接觸點的空間坐標，從而獲得物體的曲率信息，測試結果表明，在10～20m^-1的曲率范圍內，測量誤差最高為6％，且傳感器幾乎不受溫度的影響，能夠滿足對物體曲率的準確測量。

本發明的技術方案是：

一種用于曲率測量的磁致伸縮觸覺傳感器陣列，該傳感器陣列的主體部分包括傳感器陣列基座和5個傳感單元；5個傳感單元的結構相同；

所述的傳感器陣列基座均勻間隔、橫置有5個“T”型凹槽；凹槽分為上下兩部分，端部的寬度大于下部的寬度2～4mm；深度大于下部1～2mm；

所述的傳感單元包括霍爾安置壁、外殼、傳動觸頭、FeGa絲、永磁體、霍爾元件和彈簧；其中，霍爾安置壁嵌入凹槽的端部后，形成的底部平齊的長方形凹槽，長方形凹槽嵌入外殼；

所述的傳感單元的霍爾安置壁形狀為直角箕狀；尺寸與“T”型凹槽的端部匹配；霍爾安置壁的背部外側頂端中部開有凹槽，凹槽內固定有霍爾元件；

所述的傳感單元的外殼為矩形，底部開有通孔，通孔上方的殼體內壁，垂直固定有一個彈簧；傳動觸頭豎直插入通孔內，頂部和彈簧的底部相連；水平設置的FeGa絲的一端固定在傳動觸頭的上部，FeGa絲的另一端，穿過霍爾安置壁的背板與霍爾元件相連；外殼靠近霍爾元件一端的底部，還設置有矩形永磁體；