CN106908089A - 一种多通道磁弹性传感器装置 - Google Patents

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廖彦剑
罗洪艳
李川
曾小兴
侯文生
胡宁
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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils

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Abstract

本发明公开了一种多通道磁弹性传感器装置，包括平面螺旋线圈(4)和设置于平面螺旋线圈上方的偶数个检测线圈(3)，检测线圈沿平面螺旋线圈的圆周方向排列；每两个相对设置的检测线圈构成差分结构；该磁弹性传感器装置还包括与检测线圈数量相同的直流偏置线圏(1)，所述直流偏置线圈用于产生偏置磁场，所述直流偏置线圈与所述检测线圈一一对应，相对应的直流偏置线圈和检测线圈同轴设置。本发明在磁弹性检测领域有更广的应用范围，且能够同时完成多通道的磁弹性传感器数据采集工作。

Description

一种多通道磁弹性传感器装置
技术领域
本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种多通道磁弹性传感器装置。
背景技术
磁弹性传感器是一种新兴无线传感技术，它以磁弹性材料的磁致伸缩及逆磁致伸缩效应作为理论基础，依靠共振检测实现对被测量的测量。检测过程首先对磁弹性施加交变磁场激励，使材料产生磁致伸缩并引起共振，共振状态会反应出所受应力、负载质量等待测量的变化，最后通过检测共振引发的磁场变化完成测量。可见磁弹性传感器是以磁场的方式进行检测，不需要对传感器进行电气连接，具有无线无源的优点。
现阶段国外开展的磁弹性研究，大多都有独立开发的专门检测装置以替代大型仪器仪表，其设计针对性更强，也降低了实验设备成本。然而，由于这些装置大多是针对某一个或某一类特点应用进行设计，其应用范围相对有限，一旦检测需求变化，往往需要对装置进行重新开发。一般情况下，也不能同时完成多通道的检测工作。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种多通道磁弹性传感器装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种多通道磁弹性传感器装置，其特征在于：包括平面螺旋线圈4和设置于平面螺旋线圈上方的偶数个检测线圈3，检测线圈沿平面螺旋线圈的圆周方向排列；每两个相对设置的检测线圈构成差分结构；
该磁弹性传感器装置还包括与检测线圈数量相同的直流偏置线圏1，所述直流偏置线圈用于产生偏置磁场，所述直流偏置线圈与所述检测线圈一一对应，相对应的直流偏置线圈和检测线圈同轴设置。
进一步，所述平面螺旋线圈远小于激励信号的电磁波波长。
进一步，所述平面螺旋线圈为阿基米德螺线圈。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明在磁弹性检测领域有更广的应用范围，且能够同时完成多通道的磁弹性传感器数据采集工作。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的结构简图；
图2为图1的分解图；
图3为双检测线圈模型图；
图4为平面螺旋线圈模型图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
一种多通道磁弹性传感器装置，包括平面螺旋线圈4和设置于平面螺旋线圈上方的偶数个检测线圈3，检测线圈沿平面螺旋线圈的圆周方向排列；该磁弹性传感器装置还包括与检测线圈数量相同的直流偏置线圏1，所述直流偏置线圈用于产生偏置磁场，用于消除磁弹性传感器工作时产生的倍频效应，产生的偏置磁场分布均匀且方便或调，所述直流偏置线圈与所述检测线圈一一对应，相对应的直流偏置线圈和检测线圈同轴设置。
作为对本实施例的改进，检测线圈设置于托盘2上，托盘为两层结构，平面螺旋线圈设置于托盘的两层结构中间。
作为对本实施例的改进，平面螺旋线圈是按照阿基米德螺线的形式进行设计的，由于线圈内部的几何尺寸远小于激励信号的电磁波波长，故可以把激励磁场视作准静态磁场。
根据方程(1)可知单圈载流线圈轴线的磁感应强度，平面螺旋线圈模型如图4所示。螺旋线圈两相邻线圈的间距为Δd，线圈内侧半径为R0，则轴线Z轴上的磁感应强度为：
其中，n为匝数，I为线圈载流，z为z方向上离线圈表明的距离，μ0为真空磁导率，
图4所示模型的绘制利用了Maxwell3D中的Draw spiral工具，线径设置为0.2mm，内侧线圈半径R＝8mm，Δd为0.6mm，匝数为20。
在本发明中，采用两个检测线圈相对设置的方式构成差分结构，两个检测线圈参数完全相同。在磁弹性传感器没有放入检测线圈时，直流偏置线圈施加交变信号后，两个检测线圈同时受到影响而产生感应电动势。
两检测线圈的电流流向相反，因而产生的感应电动势可以相互抵消，检测线圈中总的感应电动势为零。将磁弹性传感器放入一检测线圈中，传感器由于激励信号的作用而产生受迫振动，而由于双线圈的差分作用，此时两检测线圈的电动势之和即可反应磁弹性传感器的状态。这种结构可以去除较强的激励信号对检测线圈的干扰影响，可以极大的提高响应信号的灵敏度。
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，本领域的技术人员可以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。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种多通道磁弹性传感器装置，其特征在于：包括平面螺旋线圈(4)和设置于平面螺旋线圈上方的偶数个检测线圈(3)，检测线圈沿平面螺旋线圈的圆周方向排列；每两个相对设置的检测线圈构成差分结构；
该磁弹性传感器装置还包括与检测线圈数量相同的直流偏置线圏(1)，所述直流偏置线圈用于产生偏置磁场，所述直流偏置线圈与所述检测线圈一一对应，相对应的直流偏置线圈和检测线圈同轴设置。
2.根据权利要求1所述的一种多通道磁弹性传感器装置，其特征在于：所述平面螺旋线圈内部的几何尺寸远小于激励信号的电磁波波长。
3.根据权利要求1所述的一种多通道磁弹性传感器装置，其特征在于：所述平面螺旋线圈为阿基米德螺线圈。
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