CN101620412A - 磁控形状记忆合金自传感执行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种将传感器与执行器的两种功能集成在一起的磁控形状记忆合金自传感执行器，主要用于对外部作用力、加速度或振动的检测与控制。本发明包括外罩，在外罩上设置有一对对应的通孔，在一个通孔处设置有调节螺栓，调节螺栓与该通孔以螺纹连接；在外罩内设置有两个铁心，铁心间留有间隙，在间隙处设置有外部具有保护外壳的MSMA材料，MSMA材料可在保护外壳内上、下移动；在另一个通孔处设置有传导杆，在传导杆上设置有挡块，在挡块与外罩之间设置有反力弹簧；在铁心上分别设置有励磁线圈、传感线圈，两线圈分别与外罩外部的控制器相连；调节螺栓和传导杆分别与MSMA材料直接且紧密接触。

Description

磁控形状记忆合金自传感执行器

技术领域：

本发明属于传感器技术领域，特别涉及一种采用双线圈结构、将传感器与执行器的两种功能集成在一起的磁控形状记忆合金自传感执行器，主要用于对外部作用力、加速度或振动的检测与控制。

背景技术：

传感器技术是现代科技的前沿技术，是制造业自动化和信息化的基础。传感器智能化是当前传感器技术的主要发展方向之一。传感器技术和智能化技术的结合，使传感器由单一功能、单一检测对象向多功能和多变量检测发展，也使传感器由被动进行信号转换向主动控制传感器特性和主动进行信息处理发展，使传感器由孤立的元器件向系统化、网络化方向发展。

现有的传感器和执行器的功能要分别采用传感器和执行器两种器件实现，这就使系统的结构不够紧凑，加大了设计、安装难度；而且采用传感器和执行器两种器件很难实现同位控制，即：测试点和控制信号的作用点是一点。

Ni-Mn-Ga合金是1993年才被发现的一种磁控形状记忆合金(Magnetically ControlledShape Memory Alloy，缩写为MSMA)，该材料不仅在温度场的作用下可以发生热诱发马氏体相变，而且在外加应力场和磁场的作用下，也可以产生应力诱发和磁场诱发马氏体相变，直线变形率可达10％，弯曲变形率可达18％。MSMA的磁控形状记忆功能具有可逆性，不仅在磁场作用下MSMA可产生变形和力，而且在外力作用下通过磁性能的变化可产生电磁信号的变化，这就为采用MSMA制造执行器和传感器提供了条件。

发明内容：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种将传感器与执行器两种功能集成在一起，可用于外部作用力、加速度或振动控制的磁控形状记忆合金自传感执行器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种磁控形状记忆合金自传感执行器，包括外罩，在外罩的一对相对的罩壁上设置有对应的通孔，在一个通孔处设置有调节螺栓，调节螺栓与该通孔以螺纹连接；在外罩内设置有两个铁心，两个铁心间留有间隙，在间隙处设置有外部具有保护外壳的磁控形状记忆合金材料，磁控形状记忆合金材料可在保护外壳内上、下移动；在另一个通孔处设置有可上、下移动的传导杆，在传导杆上设置有挡块，在挡块与外罩之间的传导杆上设置有反力弹簧；在两个铁心上分别设置有励磁线圈、传感线圈，励磁线圈、传感线圈分别与外罩外部的控制器相连；调节螺栓和传导杆分别与磁控形状记忆合金材料直接且紧密接触，所述的调节螺栓、保护外壳和传导杆均采用非磁性材料制成。

所述的外罩采用铁磁性材料制成。

为了固定磁控形状记忆合金材料的位置，使磁场能均匀的穿过磁控形状记忆合金材料；在未与铁心接触的保护外壳的两侧同铁心之间设置有由非磁性材料制成的固定支架。

所述的两个铁心形状相同、位置对称，由导磁性能良好的电工钢片叠压而成，铁心各部分的磁路处于不饱和状态。

本发明的有益效果：

1、本发明充分利用了磁控形状记忆合金材料的可逆特性和记忆特性，本发明的自传感执行器的测试点和控制信号的作用点是一点，真正实现了同位控制；

2、本发明将传感器与执行器两种功能集成在一起，使系统结构紧凑，降低了设计、安装难度；

3、本发明综合考虑了测量和控制，优化了系统的整体性能；而且以自传感执行器为基础制成的灵巧单元具有初级的智能，可组成自律微机电控制系统，从而提升了整个控制系统的性能。

附图说明：

图1为磁控形状记忆合金材料在施加控制磁场前后的形状对比图；

图2为本发明的磁控形状记忆合金自传感执行器的结构示意图；

图3为本发明的磁控形状记忆合金自传感执行器的控制电路接线图；

其中，在图2、图3中，1-保护外壳，2-调节螺栓，3-励磁线圈，4-铁心，5-磁控形状记忆合金材料，6-传导杆，7-反力弹簧，8-固定支架，9-传感线圈，10-控制器，11-外罩，12-螺纹，13-通孔，14-挡块。

具体实施方式：

如图2、图3所示，一种磁控形状记忆合金自传感执行器，包括外罩11，在外罩11的一对相对的罩壁上设置有对应的通孔13，在一个通孔13处设置有调节螺栓2，调节螺栓2与该通孔13以螺纹12连接；在外罩11内设置有两个铁心4，两个铁心4间留有间隙，在间隙处设置有外部具有保护外壳1的磁控形状记忆合金材料5，磁控形状记忆合金材料5可在保护外壳1内上、下移动；在另一个通孔13处设置有可上、下移动的传导杆6，在传导杆6上设置有挡块14，在挡块14与外罩11之间的传导杆6上设置有反力弹簧7；在两个铁心4上分别设置有励磁线圈3、传感线圈9，励磁线圈3、传感线圈9分别与外罩11外部的控制器10相连；调节螺栓2和传导杆6分别与磁控形状记忆合金材料5直接且紧密接触，所述的调节螺栓2、保护外壳1和传导杆6均采用非磁性材料制成。

所述的外罩11采用铁磁性材料制成。

为了固定磁控形状记忆合金材料5的位置，使磁场能均匀的穿过磁控形状记忆合金材料5；在未与铁心4接触的保护外壳1的两侧同铁心4之间设置有由非磁性材料制成的固定支架8。

所述的两个铁心4形状相同、位置对称，由导磁性能良好的电工钢片叠压而成，铁心4各部分的磁路处于不饱和状态。

所述的传导杆6和调节螺栓2分别用以传递外部信息和进行参数调节；励磁线圈3用以产生控制磁场；所述的控制器10用以控制励磁线圈3电流的大小和处理传感线圈9的信息并协调两个线圈的工作，其硬件电路为常规技术。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

首先，根据被控参数或控制目标的不同，通过调节流过励磁线圈3初始电流大小或调节调节螺栓2，设定本发明的磁控形状记忆合金自传感执行器的控制参数。

当外部作用力通过本发明的传导杆6施加到磁控形状记忆合金材料5时，磁控形状记忆合金材料5的长度缩短，其磁导率发生变化，在传感线圈9中产生感应电势。控制器10检测到传感线圈9提供的信息后进行处理，并输出相应的控制指令，调节励磁线圈3中的电流，使磁控形状记忆合金材料5受磁场作用而变形伸长；并通过传导杆6输出位移，抑制或抵消外部作用力，达到检测和控制外部物理量的目的，实现了本发明的自传感执行器的功能。

Claims (4)

1、一种磁控形状记忆合金自传感执行器，其特征在于，包括外罩(11)，在外罩(11)的一对相对的罩壁上设置有对应的通孔(13)，在一个通孔(13)处设置有调节螺栓(2)，调节螺栓(2)与该通孔(13)以螺纹(12)连接；在外罩(11)内设置有两个铁心(4)，两个铁心(4)间留有间隙，在间隙处设置有外部具有保护外壳(1)的磁控形状记忆合金材料(5)，磁控形状记忆合金材料(5)可在保护外壳(1)内上、下移动；在另一个通孔(13)处设置有可上、下移动的传导杆(6)，在传导杆(6)上设置有挡块(14)，在挡块(14)与外罩(11)之间的传导杆(6)上设置有反力弹簧(7)；在两个铁心(4)上分别设置有励磁线圈(3)、传感线圈(9)，励磁线圈(3)、传感线圈(9)分别与外罩(11)外部的控制器(10)相连；调节螺栓(2)和传导杆(6)分别与磁控形状记忆合金材料(5)直接且紧密接触，所述的调节螺栓(2)、保护外壳(1)和传导杆(6)均采用非磁性材料制成。

2、根据权利要求1所述的一种磁控形状记忆合金自传感执行器，其特征在于所述的外罩(11)采用铁磁性材料制成。

3、根据权利要求1所述的一种磁控形状记忆合金自传感执行器，其特征在于在未与铁心(4)接触的保护外壳(1)的两侧同铁心(4)之间设置有由非磁性材料制成的固定支架(8)。

4、根据权利要求1所述的一种磁控形状记忆合金自传感执行器，其特征在于所述的两个铁心(4)形状相同、位置对称，由导磁性能良好的电工钢片叠压而成，铁心(4)各部分的磁路处于不饱和状态。

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