CN103983925B - 基于磁流变弹性体的磁场探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于磁流变弹性体的磁场探测装置，所述壳体采用封闭型硬质绝缘壳体，一压电发电片设置在壳体内的一侧，一磁流变弹性体设置在壳体内的另一侧，压电发电片和磁流变弹性体的相向面设有绝缘薄膜，绝缘薄膜分别与压电发电片和磁流变弹性体充分接触，所述压电发电片通过导线与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端通过导线与显示模块相连。本发明采用磁流变弹性体的磁控力学特性在磁场作用下发生连续变化，稳定性好，可提高装置探测外磁场强度的分辨率，提高了磁场传感器的灵敏度，而且克服了传统探测装置在长期工作状况下探头失效难以维修的问题，生产工艺简便，操作简单、抗干扰能力强，易于维护。

Description

基于磁流变弹性体的磁场探测装置

技术领域

本发明涉及磁场传感器，具体涉及一种基于磁流变弹性体的磁场探测装置，属于磁流变材料及应用技术领域。

背景技术

在电气测试技术中，会遇到磁场信号的检测问题，目前采用由探头和半导体器件构成的磁场探测装置检测磁场信号。磁场探测装置根据原理分为两大类，一类是利用半导体中流子在磁场作用下运动路径发生变化制成，另一类是利用磁场条件下微型机械结构的变形或谐振频率的改变制成。第一类磁场传感器的敏感元件是由半导体器件构成，因而精度容易受到温度的影响。第二类磁场传感器的检测元件为机械装置，对温度不敏感，但在测量时必须消耗额外能量用来产生形变或维持谐振，且其结构复杂，体积大，长时间工作状态下探头易损坏，传感灵敏度差。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，该装置能够提高磁场传感器的灵敏度。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于磁流变弹性体的磁场探测装置，包括壳体，其特征在于：所述壳体采用封闭型硬质绝缘壳体，一压电发电片设置在壳体内的一侧，一磁流变弹性体设置在壳体内的另一侧，压电发电片和磁流变弹性体的相向面设有绝缘薄膜，绝缘薄膜分别与压电发电片和磁流变弹性体充分接触，所述压电发电片通过导线与信号处理模块的输入端相连，信号处理模块的输出端通过导线与显示模块相连。

所述磁流变弹性体的内部软磁颗粒呈现链状或柱状结构排列，且软磁颗粒呈链状或柱状结构列的轴线应与压电发电片表面垂直。

所述压电发电片和磁流变弹性体与壳体的接触面涂抹胶粘剂，所述压电发电片和磁流变弹性体粘贴在壳体的内壁。

所述壳体呈长方体或圆柱体。

所述信号处理模块和显示模块设置一个显示壳体中。

所述信号处理模块采用LM358信号放大模块。

所述显示模块采用LC0811-SLY的液晶显示模块。

本发明的优点：本发明的结构、布局简单，磁场探测装置采用设置在壳体内的压电发电片、绝缘薄膜和磁流变弹性体构成探头，绝缘薄膜贴合在压电发电片和磁流变弹性体之间，通过绝缘薄膜保证了磁流变弹性体法向压力可以有效作用于压电发电片，且同时起到绝缘作用。当磁流变弹性体检测到磁场后，磁流变弹性体内部的软磁颗粒被磁化产生相互作用力，磁流变弹性体产生的作用力对紧密接触的压电发电片产生压力作用，使压电发电片产生电信号，电信号输入到信号处理模块进行处理，处理后的信号通过显示模块显示出来。本发明采用磁流变弹性体的磁控力学特性在磁场作用下发生连续变化，稳定性好，可提高装置探测外磁场强度的分辨率，提高了磁场传感器的灵敏度，而且克服了传统探测装置在长期工作状况下探头失效难以维修的问题，生产工艺简便，操作简单、抗干扰能力强，易于维护。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的磁流变弹性体的磁控法向压力测试曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1和图2所示的一种基于磁流变弹性体的磁场探测装置，包括壳体1、压电发电片2、绝缘薄膜3、磁流变弹性体4、信号处理模块5、显示模块6、显示壳体7和导线8，由壳体1、压电发电片2、绝缘薄膜3和磁流变弹性体4构成探头，壳体1呈长方体或者圆柱体的封闭型硬质绝缘壳体，所述压电发电片2、绝缘薄膜3和磁流变弹性体4封装在壳体1内，所述压电发电片2是现有采用压电发电片，压电发电片2的一面涂有胶粘剂，涂有胶粘剂的面粘接在壳体1一侧的内壁，压电发电片2的另一面覆盖绝缘薄膜3，壳体1内的剩余部分填充满磁流变弹性体4，所述磁流变弹性体4的内部软磁颗粒呈现链状或柱状结构排列，且软磁颗粒呈链状或柱状结构列的轴线应与压电发电片2表面垂直，磁流变弹性体4的一面涂有胶粘剂，磁流变弹性体4涂有胶粘剂的面压粘接于壳体1另一侧的内壁，磁流变弹性体4的另一面与绝缘薄膜3贴合。所述绝缘薄膜3是自然贴合于压电发电片2和磁流变弹性体4的相向面，且分别与压电发电片2和磁流变弹性体4充分接触，保证了磁流变弹性体4法向压力可以有效作用于压电发电片，且同时起到绝缘作用。所述壳体1、压电发电片2、绝缘薄膜3和磁流变弹性体4构成磁场探测装置的探头，传递到信号处理模块5。

所述压电发电片2上焊接有两条导线8，压电发电片2通过导线8与信号处理模块5的输入端连接，信号处理模块5的输出端通过导线8与显示模块6连接，探头采集的信号传递到信号处理模块5进行处理，处理后信息传递到显示模块6显示。所述信号处理模块5采用LM358信号放大模块，信号处理模块5安装在塑料材质的显示壳体7中，通过信号处理模块5对压电发电片2输出的电压信号进行放大处理，并将放大后的电压信号转换为所标定的磁场强度信号；所述显示模块6采用LC0811-SLY的液晶显示模块，显示模块6的显示屏可以采用电脑液晶屏或电视液晶屏，显示模块6嵌在塑料材质的显示壳体7的表面，显示模块6显示所探测的磁场强度。信号处理模块5和显示模块6安装在一个显示壳体7中，或者将信号处理模块5和显示模块6安装在独立的壳体中。

磁流变材料是一类可以由外部磁场控制的新型智能材料。具有响应迅速(ms级)、可逆性好，并可通过调节外磁场的强弱来控制材料的力学性能的连续变化。磁流变弹性体4属于磁流变材料家族中一个新的分支，它是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构，这种材料的弹性模量可随外加磁场强度而变化。与传统磁流变液相比，磁流变弹性体4不仅具有可控性、可逆性、响应迅速等高技术特征，还具有稳定性好等独特的优点。磁流变弹性体4在受到外磁场的作用时，内部软磁颗粒被磁化，相互作用力增强，宏观表现出垂直于磁流变弹性体表面的法向力，因此可以通过磁流变弹性体4来准确检测磁场的强弱。如图2所示，在磁场作用下磁流变弹性体4的法向压力出现连续上升的趋势，表明磁流变弹性体4的法向压力对磁场作用反应敏感。

当有外磁场作用时，磁流变弹性体4内部的软磁颗粒被磁化后产生法向压力，法向压力通过绝缘薄膜3直接作用到压电发电片2的表面，压电发电片2受到压力后产生电压信号，通过导线8传递到信号处理模块5，信号处理模块5对电压信号进行放大处理，将放大后的电压信号通过显示模块6显示出来，即可表征所探测的磁场强度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员在对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，同样属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于磁流变弹性体的磁场探测装置，包括壳体（1），其特征在于：所述壳体(1)采用封闭型硬质绝缘壳体，一压电发电片(2)设置在壳体(1)内的一侧，一磁流变弹性体(4)设置在壳体(1)内的另一侧，压电发电片(2)和磁流变弹性体(4)的相向面设有绝缘薄膜(3)，所述绝缘薄膜(3)分别与压电发电片(2)和磁流变弹性体(4)充分接触，所述压电发电片(2)通过导线（8）与信号处理模块(5)的输入端相连，信号处理模块(5)的输出端通过导线（8）与显示模块(6)相连。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述磁流变弹性体(4)的内部软磁颗粒呈现链状或柱状结构排列，且软磁颗粒呈链状或柱状结构列的轴线应与压电发电片(2)表面垂直。

3.根据权利要求1或2所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述压电发电片（2）和磁流变弹性体（4）与壳体（1）的接触面涂抹胶粘剂，所述压电发电片（2）和磁流变弹性体（4）粘贴在壳体(1)的内壁。

4.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述壳体(1)呈长方体或圆柱体。

5.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述信号处理模块(5)和显示模块(6)设置一个显示壳体（7）中。

6.根据权利要求1或5所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述信号处理模块（5）采用LM358信号放大模块。

7.根据权利要求1或5所述的基于磁流变弹性体的磁场探测装置，其特征在于：所述显示模块（6）采用LC0811-SLY的液晶显示模块。