CN108871384B - 基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置以及阵列与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置以及阵列与方法，其中：导磁结构形成磁场回路，并留有间隙；导磁结构上绕有电磁线圈以提供交流磁场激励；磁偏置结构为导磁结构提供偏置磁场激励；当偏置磁场与交流磁场施加于导磁结构时，在间隙上产生交变磁场力；待检测变量会引起磁场力的变化；力电式敏感部件在交变磁力的驱动下，产生形变进而产生对应待检测变量的目标电信号。本发明创新性的将磁力驱动的磁电效应用于精密变量检测，实现了一种新型的检测机理和方法。
Description
技术领域
本发明涉及检测传感器技术领域，具体地，涉及一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置以及阵列与方法。
背景技术
磁电效应是指外加磁场可以改变介质的电极化性质的现象。应用磁电效应进行精密传感成为一个很有潜力的领域。现有的专利文献，例如基于科里奥利力的检测传感器，公开号为CN103913158A，公开日为2014年07月09日，发明名称为《磁电式科里奥利力检测传感器》的中国专利申请，提供了一种磁电式科里奥利力检测传感器，该科里奥利力检测传感器，将质量块设置于壳体内部，基于科里奥利力效应，实现平转动体低速或高速的宽频转速的检测。
但是这些专利文献提出的检测传感器，均是基于复合功能材料构成的磁电效应，本发明创新的应用基于磁力驱动的磁电效应进行精密变量传感。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置以及阵列与方法。
根据本发明提供的一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，包括：磁偏置结构、导磁结构、电磁线圈以及敏感部件；
导磁结构位于磁偏置结构的偏置磁场中；
导磁结构具有磁场回路间隙；
电磁线圈缠绕在导磁结构上；
敏感部件安装在导磁结构上；
所述磁偏置结构提供偏置磁场；
所述导磁结构形成磁场回路；
所述电磁线圈提供交流磁场激励；
所述敏感部件采集导磁结构在交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下产生的因待检测变量所引入磁场力而引发的磁电转化信号。
优选地，所述敏感部件采集导磁结构在交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下在所述磁场回路间隙处产生的磁驱动力所引发的磁电转化信号。
优选地，所述导磁结构采用如下任一种磁性材料或者任多种磁性材料的连接组合体：
-非晶及纳米晶软磁合金材料
-软磁非金属铁氧体材料；
-金属磁性材料。
优选地，在所述磁场回路间隙处采用如下任一种形式：
-所述磁场回路间隙为空气间隙；
-所述磁场回路间隙处填充热敏材料；
-所述磁场回路间隙处填充湿度敏感材料；
-所述磁场回路间隙处填充气味敏感材料；
-所述磁场回路间隙处填充磁敏感材料。
优选地，所述电磁线圈内通入电流，提供稳定的交流磁场；或者，所述电磁线圈的输入电流随待检测变量变化，提供变化的磁场。
优选地，所述磁偏置结构采用如下任一种部件或者任几种部件的连接组合体：
-永磁体；
-电磁体；
-导磁体；
-反磁体；
所述磁偏置结构相对于磁场回路间隙的位置固定，提供恒定偏置磁场；或者，所述磁偏置结构随待检测变量运动，提供交变磁场。
优选地，敏感部件为嵌于导磁结构中的力电材料体；
所述力电材料体采用如下任一种材料体或者任几种材料体的连接组合体：
-压电材料；
-压阻材料；
-碳纳米管材料；
-压磁材料。
所述导磁结构为单向磁间隙变化结构或者多向磁间隙变化结构。
根据本发明提供的一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感阵列，包括多维传感装置，其中，所述多维传感装置包括多个按照阵列结构组合的上述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置。
根据本发明提供的一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感方法，利用上述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，对磁场回路间隙处产生的因待检测变量所引入磁场及磁场力而引发的磁电转化信号进行检测。
优选地，对磁场回路间隙处产生的因待检测变量所引入磁场力而引发的磁电转化信号进行检测，得到目标电信号；
根据目标电信号的频率响应得出待检测变量变化值；或者在电磁线圈中叠加一个电信号改变电磁线圈的输入，通过对所叠加电信号的调节，直至目标电信号消失，使得电磁线圈中叠加所述一个电信号引起的磁场与待检测变量变化引起的磁场相抵消，进而得出待检测变量变化值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明基于磁力驱动的磁电效应进行变量传感，相较于传统的复合功能材料磁电效应，成本更低，不受连接界面影响；
2、本发明使用的敏感功能材料，相较于传统的敏感部件(如电容)具有更高的抗干扰能力，可以在恶劣的环境中使用；
3、本发明提出的根据电信号的频率响应的检测方法，可以实现在动态信号的基础上检测静态信号，增加了传感器对环境干扰的鲁棒性；
4、本发明提出的根据电信号的频率响应的检测方法，可以主动、半主动的调整系统共振频率，以实现最佳的检测灵敏度；
5、本发明实现了一种多变量适用的检测手段，只需轻微的结构调整即可检测不同的变量。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1第二结构及工作原理示意图；
图2为本发明实施例2结构及工作原理示意图；
图3为本发明实施例3或实施例4的结构及工作原理示意图；
图4为本发明实施例5、实施例6或实施例7的结构及工作原理示意图；
图5为本发明实施例8、实施例9、实施例10、实施例11、实施例12或实施例13的结构及工作原理示意图；
图6为本发明实施例14的结构及工作原理示意图；
图7为本发明实施例15的结构及工作原理示意图。
图中示出：
1为磁偏置结构
2为导磁结构
3为电磁线圈
4为敏感部件
5为磁场回路间隙
δ为待检测变量
Hdc为磁偏置结构1提供的偏置磁场
Hac为电磁线圈3在输入电流I时提供的交流磁场
V(V1，V2)为敏感功能材料输出的目标电信号
F0(Hac,Hdc)+ΔF(δ)为交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下在磁场回路间隙上产生的交变磁场力。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其中：导磁结构形成磁场回路，并留有间隙；导磁结构上绕有电磁线圈以提供交流磁场激励；磁偏置结构为导磁结构提供偏置磁场激励；当偏置磁场与交流磁场施加于导磁结构时，在间隙上产生交变磁场力；待检测变量会引起磁场力的变化；力电式敏感部件在交变磁力的驱动下，产生形变进而产生对应待检测变量的目标电信号。本发明创新性的将磁力驱动的磁电效应用于精密变量检测，实现了一种新型的检测机理和方法。本发明还提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感阵列以及方法。
实施例1
如图1所示，本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，尤其是一种基于磁力驱动的磁电式精密位移传感装置。
所述基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，包括：导磁结构2、电磁线圈3、磁偏置结构1以及敏感部件4，所述导磁结构2用以形成磁场回路，磁场回路中留有间隙，记为磁场回路间隙5；所述电磁线圈3用以提供交流磁场激励；所述磁偏置结构1用以提供偏置磁场；所述敏感部件4用于敏感导磁结构2在交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下产生的磁驱动力所引发的磁电转化信号。其中：所述待检测变量δ为位移。
进一步地，所述导磁结构2采用如下任一种磁性材料或者任多种磁性材料的连接组合体：非晶及纳米晶软磁合金材料；软磁非金属铁氧体材料；金属磁性材料，例如硅钢片、坡莫合金等。
进一步地，所述导磁结构2留有的磁场回路间隙5采用空气间隙。
进一步地，所述电磁线圈3缠绕于导磁结构2上，电磁线圈3内通入电流，提供稳定的交流磁场。
进一步地，所述磁偏置结构1采用磁性材料，例如永磁体、导磁体、铁磁体、反磁体。
进一步地，所述敏感部件4为嵌于导磁结构2中的力电材料，例如压电材料、压阻材料、碳纳米管材料或者压磁材料。
进一步地，所述敏感部件4嵌于导磁结构2的端部，且两块由力电材料构成敏感部件4形成差分检测。
进一步地，所述磁偏置结构1随待检测位移移动，进而提供偏置磁场的变化。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场以及待检测位移的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因磁偏置结构1发生位移所引入的磁场力。
进一步地，所述敏感部件4采集的磁电转化信号，通过如下任一种方式传输：
-电缆接触式；
-磁性非接触式；
-无线射频信号传输式。
进一步地，待检测位移由敏感部件4产生的检测的电信号的频率响应得到。具体地，随着磁偏置结构1发生位移，磁场回路间隙5的间隙口大小也发生改变，导磁结构2发生变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到磁偏置结构1的位移变化量。
本实施提供的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置可以进行阵列组合，以实现多个自由度的检测。
本发明的工作原理为：导磁结构2在外加磁场的作用下会被磁化，从而形成磁场回路。缠绕于导磁结构2上的电磁线圈通入电流时，会给导磁结构2施加一个交流磁场。磁偏置结构1给导磁结构2施加一个偏置磁场。在交流磁场和偏置磁场的作用下，由于磁场回路间隙5的存在，在磁场回路间隙5处会形成偏置加交变的磁场力。当待检测变量影响电磁线圈3所提供的交流磁场、磁偏置结构所提供的偏置磁场以及磁场回路间隙的大小、磁通量时，磁场回路间隙5处形成的磁场力将变化。嵌有敏感部件4的导磁结构2在磁场力的作用下，会产生振动。敏感部件4因偏置力和振动的复合作用而发生形变，进而形成目标电信号，所述目标电信号是对应于待检测变量的电信号。其中，可以根据目标电信号的频率响应得出待检测变量变化值，也可以在电磁线圈3中叠加一个电信号改变电磁线圈3的输入，通过对所叠加电信号的调节，直至目标电信号消失，此时电磁线圈3中叠加该电信号引起的磁场与待检测变量变化引起的磁场相抵消，进而得出待检测变量变化值。
实施例2
实施例2为实施例1的变化例。
本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密转角传感装置，所述待检测变量δ为转角。
进一步地，所述磁偏置结构1随待检测转角绕中心轴转动，进而提供偏置磁场的变化。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场以及待检测转角的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因磁偏置结构1发生转动所引入的磁场力。
随着磁偏置结构1发生转动，磁场回路间隙5的间隙口大小也发生改变，导磁结构2发生变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到磁偏置结构1的转角变化量。
例如，若磁偏置结构1含有永磁体，则随着永磁体的转动，磁极与磁场回路间隙5之间的相对位置关系发生变化，使得磁路发生变化，相应的磁场强度也发生变化，导致在磁场回路间隙5所受到的磁吸力改变，反映为导磁结构2的变形。
又例如，若磁偏置结构1含有导磁体，则由于导磁体与磁场回路间隙5之间的磁间隙发生改变，使得磁路发生变化，相应的磁场强度也发生变化，导致在磁场回路间隙5所受到的磁吸力改变，反映为导磁结构2的变形。
实施例3
实施例3为实施例1的变化例。
本实施例在实施例1的基础上，与实施例1的区别在于：
本实施实例所述敏感部件4为嵌于导磁结构2的力电材料，作为单向磁间隙变化结构的形状可变化部分。通过单向磁间隙变化结构的形状可变化部分，使得本发明的检测对象包括振动、湿度变化、温度变化、气味、光的作用、压力变化、压痕、声压、加速度。
其中，无论是单向磁间隙变化结构，还是多向磁间隙变化结构，由于均具有磁场回路间隙5而都可以因磁场回路间隙5处磁作用力的改变而发生形变，体现为磁场回路间隙5的开闭状态或者开闭程度的变化。具体起见，本实施例以导磁结构2采用单向磁间隙变化结构为例进行说明，其工作原理也可以应用于多向磁间隙变化结构，例如图1、图2示出的双向磁间隙变化结构。
实施例4
实施例4为实施例3的变化例。
本实施例在实施例3的基础上，与实施例3的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密振动传感装置，所述待检测变量δ为振动。
进一步地，所述磁偏置结构1随待检测振动运动，进而提供偏置磁场的变化。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场和待检测振动的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因磁偏置结构1的振动而引起的交变磁场力，进一步地，所引起的交变磁场力激发出交变的目标电信号，从而采集该目标电信号能够检测得到作为待检测变量的振动。
实施例5
实施例5为实施例3的变化例。
本实施例在实施例5的基础上，与实施例3的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密湿度传感装置，所述待检测变量δ为湿度。
进一步地，所述导磁结构2留有的磁场回路间隙5采用湿度敏感材料。其中，湿度敏感材料的体积变化与湿度程序之间存在对应关系，湿度敏感材料随湿度变化而体积变化，从而撑开磁场回路间隙5或者允许磁场回路间隙5回缩。
进一步地，磁偏置结构1位置固定，提供恒定偏置磁场。
进一步地，所述磁场回路间隙5的大小随待检测湿度变化而变化。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场以及待检测湿度的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因湿度敏感材料发生体积变化所引入的磁场力，进一步地，所引入的磁场力激发出交变的目标电信号，从而采集该目标电信号能够检测得到作为待检测变量的湿度。
在一个变化例中，在所述磁场回路间隙5处填充磁敏感材料。
例如，磁敏感材料为磁致伸缩材料，当外部磁场变化时，磁致伸缩材料的体积相应变化而伸长或缩短，从而撑开磁场回路间隙5或者允许磁场回路间隙5回缩；其中，磁致伸缩材料可以与磁场回路间隙5形成的开口壁之间刚性连接，从而磁致伸缩材料缩短时能够拉动磁场回路间隙5合拢；磁致伸缩材料也可以仅仅是布置在磁场回路间隙5中，当磁致伸缩材料缩短时，原先已被磁致伸缩材料撑开的导磁结构依靠自身的回复弹性实现磁场回路间隙5的合拢。
又例如，磁敏感材料为填充有磁流变介质的囊体，当外部磁场变化时，对磁流变介质施加磁场变化，从而改变磁流变介质在囊体内的分布，从而使得囊体得以伸长或者缩短等变形，进而撑开磁场回路间隙5或者允许磁场回路间隙5回缩。
实施例6
实施例6为实施例5的变化例。
本实施例在实施例5的基础上，与实施例5的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密温度传感装置，所述待检测变量δ为温度敏感材料。即所述导磁结构2留有的磁场回路间隙5采用温度敏感材料。
进一步地，所述磁场回路间隙5的大小随待检测湿度变化而变化。其中，温度敏感材料的体积变化与温度之间存在对应关系，温度敏感材料随温度的变化而发生体积变化，从而撑开磁场回路间隙5或者允许磁场回路间隙5缩小。
进一步地，所述导磁结构2留有的磁场回路间隙5采用温度敏感材料。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场以及检测温度的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因温度敏感材料发生体积变化所引入的磁场力，进一步地，所引入的磁场力激发出交变的目标电信号，从而采集该目标电信号能够检测得到作为待检测变量的温度。
实施例7
实施例7为实施例5的变化例。
本实施例在实施例5的基础上，与实施例5的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密气味传感装置，所述待检测变量δ为气味敏感材料。即所述导磁结构2留有的磁场回路间隙5采用气味敏感材料。具体地，气味敏感材料能够捕获气味分子或者通过化学反应等方式引起自身体积的变化，从而扩展磁场回路间隙5或者允许磁场回路间隙5回缩。
进一步地，所述磁场回路间隙5的大小随待检测气味变化而变化。
进一步地，所述导磁结构留有的磁场回路间隙5采用气味敏感材料。
进一步地，在交流磁场、偏置磁场以及待检测气味的共同作用下，在磁场回路间隙5上会产生因气味敏感材料发生体积变化所引入的磁场力，进一步地，所引入的磁场力激发出交变的目标电信号，从而采集该目标电信号能够检测得到作为待检测变量的气味。
实施例8
实施例8为实施例3的变化例。
本实施例在实施例3的基础上，与实施例3的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密压力传感装置，所述待检测变量δ为压力。
进一步地，磁偏置结构1位置固定，提供恒定偏置磁场。
进一步地，待检测压力作用于敏感部件形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上，作为单向磁间隙变化结构的形状可变化部分的敏感部件4在受力后发生变形，相应地，导磁结构2也跟随变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到检测压力的变化量。其中，一方面，所述磁场回路间隙5的大小随待检测压力而变化，当磁场回路间隙5形成的开口越小，则磁场回路的强度越大，目标电信号也越强，反之则磁场回路的强度越小，目标电信号也越弱；从而根据目标电信号的强弱与磁场回路间隙5大小之间的关系能够对目标压力进行检测；另一方面，所述磁场回路间隙5的大小随待检测压力而变化，这样导磁结构2在压力下能够具有变形的空间余地，以便于敏感部件4的检测，从而能够检测到更小的压力变化。
实施例9
实施例9为实施例8的变化例。
本实施例在实施例8的基础上，与实施例8的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密声压传感装置，所述待检测变量δ为声压。
进一步地，待检测声压作用于敏感部件4形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上，所述磁场回路间隙5的大小随待检测声压而变化，与实施例8中压力的原理一致，声压能够令单向磁间隙变化结构的形状可变化部分发生弯曲，从而改变磁场回路间隙5的开口大小，进而可以通过频率响应等方式检测目标电信号，从而最终检测得到声压的变化量。
实施例10
实施例10为实施例8的变化例。
本实施例在实施例8的基础上，与实施例8的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密光压传感装置，所述待检测变量δ为光的作用。
进一步地，待检测光作用于敏感部件4形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上。光作用于敏感部件4上引起敏感部件的变形，从而改变磁场回路间隙5的开口大小，进而可以通过频率响应等方式检测目标电信号，从而最终检测得到光强的变化量。
实施例11
实施例11为实施例8的变化例。
本实施例在实施例8的基础上，与实施例8的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密压痕传感装置，所述待检测变量δ为压痕。
进一步地，待检测压痕作用于敏感部件形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上，敏感部件连接有探针，探针前端接触并掠过具有凹凸的压痕，凹凸处能够通过探针引起敏感部件的微小形状变化，从而压痕能够作用于敏感部件。作为单向磁间隙变化结构的形状可变化部分的敏感部件在压痕作用后发生变形，相应地，导磁结构2也跟随变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到待检测压痕，例如压痕的痕迹，又例如压痕的深度。
实施例12
实施例12为实施例8的变化例。
本实施例在实施例8的基础上，与实施例8的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密磁弹力传感装置，所述待检测变量δ为磁弹力。
进一步地，待检测磁弹力作用于敏感部件4形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上。其中，所述磁弹力是指通过磁场作用而生成的弹性力，例如通过令永磁体靠近敏感部件4来对敏感部件4施加弹性力，从而作为单向磁间隙变化结构的形状可变化部分的敏感部件4在受力后发生变形，相应地，导磁结构2也跟随变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到磁弹力的变化量。
实施例13
实施例13为实施例8的变化例。
本实施例在实施例8的基础上，与实施例8的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密加速度传感装置，所述待检测变量δ为加速度。
进一步地，待检测加速度作用于敏感部件4形成的单向磁间隙变化结构的形状可变化部分上。其中，单向磁间隙变化结构的形状可变化部分的质量是一定的且可知的，只要知道单向磁间隙变化结构的形状可变化部分所受到的加速度对应的作用力，就可以得到加速度。其中，敏感部件4在作用力下将发生例如弯曲等变形，相应地，导磁结构2也跟随变形，引起导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号得到单向磁间隙变化结构的形状可变化部分的弯曲变形量，再根据作用力与单向磁间隙变化结构的形状可变化部分弯曲变形量之间的关系能够检测得到作用力的值，进而检测得到加速度。
实施例14
实施例14为实施例3的变化例。
本实施例在实施例3的基础上，与实施例3的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式精密电流传感装置，所述待检测变量δ为电流。
进一步地，磁偏置结构1位置固定，提供恒定偏置磁场。
进一步地，电磁线圈3的输入电流为待检测电流，随着电流的变化，电磁线圈3施加给导磁结构2的交流磁场也发生变化，从而改变磁场回路间隙5形成的开口的开合程度，该开口的开合程度的变化引起导磁结构2的变形，导致导磁结构2的刚度发生变化，固有频率也随刚度变化而变化，因此，通过敏感部件4检测磁电转化信号能够检测得到待检测电流变量的变化量。
实施例15
实施例15为实施例14的变化例。
本实施例在实施例14的基础上，与实施例14的区别在于：
本实施实例提供了一种基于磁力驱动的磁电式位移自传感光通路编码装置，所述电磁线圈的输入电流为控制电信号。
进一步地，所述磁场回路间隙5中为光通路，例如磁场回路间隙5中设置通信光纤。
进一步地，在与控制电流相关的交流磁场和偏置磁场的共同作用下，在磁场回路间隙5会改变开口的大小，该开口的大小形成对光通路的扩大或者遮蔽，从而使得光通路中光的强弱等级发生改变，以助于实现光强检测，进一步地，还可以通过对光的强弱等级进行传感采集得到数字信号，从而结合编码器进行编码实现光通信。
进一步地，以通讯光纤为例，磁场回路间隙5处的光纤由于开口大小的改变收到挤压，光的传导发生改变，从而实现光路的通断，完成二进制光纤通信编码，从而得到能够对编码是否正确进行判断的自检测系统。其中，本发明使得光与电产生对应关系，使得电信号的编码转变为光信号的编码，以实现自检测。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，包括：磁偏置结构(1)、导磁结构(2)、电磁线圈(3)以及敏感部件(4)；
导磁结构(2)位于磁偏置结构(1)的偏置磁场中；
导磁结构(2)具有磁场回路间隙(5)；
电磁线圈(3)缠绕在导磁结构(2)上；
敏感部件(4)安装在导磁结构(2)上；
所述磁偏置结构(1)提供偏置磁场；
所述导磁结构(2)形成磁场回路；
所述电磁线圈(3)提供交流磁场激励；
所述敏感部件(4)采集导磁结构(2)在交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下产生的因待检测变量所引入磁场力而引发的磁电转化信号；
所述磁电转化，包括：
方式A：待检测位移由敏感部件(4)产生的检测的电信号的频率响应得到；或者是
方式B：敏感部件(4)因偏置力和振动的复合作用而发生形变，进而形成目标电信号，所述目标电信号是对应于待检测变量的电信号；
敏感部件(4)为嵌于导磁结构(2)中的力电材料体；
所述力电材料体采用如下任一种材料体或者任几种材料体的连接组合体：
-压电材料；
-压阻材料；
-碳纳米管材料；
-压磁材料。
2.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，所述敏感部件(4)采集导磁结构(2)在交流磁场、偏置磁场以及待检测变量共同作用下在所述磁场回路间隙(5)处产生的磁驱动力所引发的磁电转化信号。
3.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，所述导磁结构(2)采用如下任一种磁性材料或者任多种磁性材料的连接组合体：
-非晶及纳米晶软磁合金材料
-软磁非金属铁氧体材料；
-金属磁性材料。
4.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，在所述磁场回路间隙(5)处采用如下任一种形式：
-所述磁场回路间隙(5)为空气间隙；
-所述磁场回路间隙(5)处填充热敏材料；
-所述磁场回路间隙(5)处填充湿度敏感材料；
-所述磁场回路间隙(5)处填充气味敏感材料；
-所述磁场回路间隙(5)处填充磁敏感材料。
5.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，所述电磁线圈(3)内通入电流，提供稳定的交流磁场；或者，所述电磁线圈(3)的输入电流随待检测变量变化，提供变化的磁场。
6.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于，所述磁偏置结构(1)采用如下任一种部件或者任几种部件的连接组合体：
-永磁体；
-电磁体；
-导磁体；
-反磁体；
所述磁偏置结构(1)相对于磁场回路间隙(5)的位置固定，提供恒定偏置磁场；或者，所述磁偏置结构(1)随待检测变量运动，提供交变磁场。
7.根据权利要求1所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，其特征在于所述导磁结构(2)为单向磁间隙变化结构或者多向磁间隙变化结构。
8.一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感阵列，其特征在于，包括多维传感装置，其中，所述多维传感装置包括多个按照阵列结构组合的权利要求1至7中任一项所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置。
9.一种基于磁力驱动的磁电式精密变量传感方法，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感装置，对磁场回路间隙(5)处产生的因待检测变量所引入磁场及磁场力而引发的磁电转化信号进行检测。
10.根据权利要求9所述的基于磁力驱动的磁电式精密变量传感方法，其特征在于，对磁场回路间隙(5)处产生的因待检测变量所引入磁场力而引发的磁电转化信号进行检测，得到目标电信号；
根据目标电信号的频率响应得出待检测变量变化值；或者在电磁线圈(3)中叠加一个电信号改变电磁线圈(3)的输入，通过对所叠加电信号的调节，直至目标电信号消失，使得电磁线圈(3)中叠加所述一个电信号引起的磁场与待检测变量变化引起的磁场相抵消，进而得出待检测变量变化值。
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