CN112067172A - 一种高灵敏压力探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压力探测领域，具体提供了一种高灵敏压力探测器，磁体的两端分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在超磁致伸缩材料柱的一端面上，第一铁轭与超磁致伸缩材料柱垂直，超磁致伸缩材料柱的另一端设置在铁轭套筒内，铁轭套筒固定在第三铁轭上，铁轭套筒与第三铁轭垂直，在铁轭套筒内、超磁致伸缩材料柱与第三铁轭之间设有弹性材料，在第二铁轭的端面和第三铁轭的端面之间设有间隙。本发明具有量程宽、灵敏度高、设备结构简单的优点。

Description

一种高灵敏压力探测器
技术领域
本发明涉及压力探测领域，具体涉及一种高灵敏压力探测器。
背景技术
传统压力探测是基于电学原理的。压力探测的量程窄，灵敏度低，需要布置外围引线，在机床及自动化领域中的某些场合使用不便。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种高灵敏压力探测器，包括：磁体、第一铁轭、第二铁轭、超磁致伸缩材料柱、铁轭套筒、弹性材料、第三铁轭，磁体的两端分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在超磁致伸缩材料柱的一端面上，第一铁轭与超磁致伸缩材料柱垂直，超磁致伸缩材料柱的另一端设置在铁轭套筒内，铁轭套筒固定在第三铁轭上，铁轭套筒与第三铁轭垂直，在铁轭套筒内、超磁致伸缩材料柱与第三铁轭之间设有弹性材料，在第二铁轭的端面和第三铁轭的端面之间设有间隙。
更进一步地，弹性材料为非磁性材料。
更进一步地，磁体为电磁体或永磁体。
更进一步地，还包括第二铁轭套筒，第二铁轭套筒固定在第一铁轭上，在第二铁轭套筒的底部设有弹性材料，超磁致伸缩材料柱被限制在第二铁轭套筒内。
更进一步地，弹性材料为纤维或橡胶。
更进一步地，超磁致伸缩材料柱的中部粗、超磁致伸缩材料柱的两端细。
更进一步地，在铁轭套筒外部设有第一固定部。
更进一步地，在第二铁轭套筒外部设有第二固定部。
更进一步地，第一固定部和第二固定部为非磁性材料。
更进一步地，超磁致伸缩材料柱的材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。
本发明的有益效果：本发明提供了一种高灵敏压力探测器，磁体的两端分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在超磁致伸缩材料柱的一端面上，第一铁轭与超磁致伸缩材料柱垂直，超磁致伸缩材料柱的另一端设置在铁轭套筒内，铁轭套筒固定在第三铁轭上，铁轭套筒与第三铁轭垂直，在铁轭套筒内、超磁致伸缩材料柱与第三铁轭之间设有弹性材料，在第二铁轭的端面和第三铁轭的端面之间设有间隙。应用时，待测压力施加在第一铁轭和第三铁轭之间，改变了磁回路中的磁阻，从而改变了间隙处的磁场，通过测量间隙处磁场的变化实现待测压力探测。在本发明中，一方面，待测压力挤压超磁致伸缩材料柱，在外部压力作用下，超磁致伸缩材料柱产生逆磁致伸缩效应，超磁致伸缩材料柱内的分子重新排列，增加了超磁致伸缩材料柱的磁导率，降低了超磁致伸缩材料柱的磁阻；另一方面，待测压力挤压弹性材料，在待测压力挤压下，弹性材料尺寸减小，导致超磁致伸缩材料柱更深入铁轭套筒。因为铁轭套筒的磁阻小于超磁致伸缩材料柱的磁阻，所以上述两方面的效果使得第一铁轭和第三铁轭之间的磁阻减少更多，从而使得间隙处的磁场增加更多，提高了压力探测的灵敏度。此外，本发明是基于磁学原理的，不需要布置外围引线，设备简单。另外，在本发明中可以更换不同的弹性材料，从而使得本发明具有较宽的量程，操作简单。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种高灵敏压力探测器的示意图。
图2是又一种高灵敏压力探测器的示意图。
图中：1、磁体；2、第一铁轭；3、第二铁轭；4、超磁致伸缩材料柱；5、铁轭套筒；6、弹性材料；7、第三铁轭；8、间隙；9、第二铁轭套筒。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种高灵敏压力探测器。如图1所示，该高灵敏压力探测器包括磁体1、第一铁轭2、第二铁轭3、超磁致伸缩材料柱4、铁轭套筒5、弹性材料6、第三铁轭7。磁体1的两端分别连接第一铁轭2和第二铁轭3。磁体1为电磁体或永磁体，在此不做限制。第一铁轭2的另一端固定地连接在超磁致伸缩材料柱4的一端面上，第一铁轭2与超磁致伸缩材料柱4垂直，便于通过第一铁轭2向超磁致伸缩材料柱4施加压力。超磁致伸缩材料柱4的材料为稀土超磁致伸缩材料。优选地，超磁致伸缩材料柱4的材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。超磁致伸缩材料柱4的另一端设置在铁轭套筒5内，铁轭套筒5固定在第三铁轭7上，铁轭套筒5与第三铁轭7垂直。在铁轭套筒5内、超磁致伸缩材料柱4与第三铁轭7之间设有弹性材料6。弹性材料6为受到压力后，体积收缩的材料。弹性材料6为非磁性材料，或者弹性材料6的磁阻远大于超磁致伸缩材料柱4的磁阻。优选地，弹性材料6为纤维或橡胶。在第二铁轭3的端面和第三铁轭7的端面之间设有间隙8。
应用时，待测压力施加在第一铁轭3和第三铁轭7之间，改变了磁回路中的磁阻，从而改变了间隙8处的磁场，通过测量间隙8处磁场的变化实现待测压力探测。在本发明中，一方面，待测压力挤压超磁致伸缩材料柱4，在外部压力作用下，超磁致伸缩材料柱4产生逆磁致伸缩效应，超磁致伸缩材料柱4内的分子重新排列，增加了超磁致伸缩材料柱4的磁导率，降低了超磁致伸缩材料柱4的磁阻；另一方面，待测压力挤压弹性材料6，在待测压力挤压下，弹性材料6尺寸减小，导致超磁致伸缩材料柱4更深入铁轭套筒5。因为铁轭套筒5的磁阻小于超磁致伸缩材料柱4的磁阻，所以上述两方面的效果使得第一铁轭2和第三铁轭7之间的磁阻减少更多，从而使得间隙8处的磁场增加更多，提高了压力探测的灵敏度。此外，本发明是基于磁学原理的，不需要布置外围引线，设备简单。另外，在本发明中可以更换不同的弹性材料6，从而使得本发明具有较宽的量程，操作简单。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，还包括第二铁轭套筒9，第二铁轭套筒9固定在第一铁轭2上，在第二铁轭套筒3的底部设有弹性材料6，超磁致伸缩材料柱4被限制在第二铁轭套筒9内。在待测压力作用下，第二铁轭套筒9内的弹性材料6也被压缩，超磁致伸缩材料柱4被压缩、更多地进入第二铁轭套筒9内。这样一来，在待测压力的作用下，超磁致伸缩材料柱4同时深入进入铁轭套筒5和第二铁轭套筒9，在第一铁轭2和第三铁轭7之间的磁阻减小更多，因此，间隙8处的磁场增加更多，从而提高压力探测的灵敏度。
实施例3
在实施例1或2的基础上，超磁致伸缩材料柱4的中部粗、超磁致伸缩材料柱4的两端细。也就是说，超磁致伸缩材料柱4的直径是非均匀的，超磁致伸缩材料柱4的两个头部细，中部粗。因为磁阻反比于磁性材料的截面积，粗的地方磁阻小、细的地方磁阻大。这样一来，当超磁致伸缩材料柱4受到压力时，超磁致伸缩材料柱4的头部更多地深入到铁轭套筒5或第二铁轭套筒9内，深入到铁轭套筒5或第二铁轭套筒9内的超磁致伸缩材料柱4部分不再贡献第一铁轭2和第三铁轭7之间的磁阻。因此，在待测压力的作用下，第一铁轭2和第三铁轭7之间的磁阻减小更多，从而使得间隙8处的磁场增加更多，从而提高压力探测的灵敏度。
实施例4
在实施例3的基础上，在铁轭套筒5外部设有第一固定部，第一固定部环绕铁轭套筒5。在第二铁轭套筒9外部设有第二固定部，第二固定部环绕第二铁轭套筒9。第一固定部和第二固定部为非磁性材料，或者第一固定部和第二固定部的磁阻远大于超磁致伸缩材料柱4的磁阻。这样一来，第一固定部和第二固定部不仅能够更好地固定铁轭套筒5和第二铁轭套筒9，而且防止了铁轭套筒5和第二铁轭套筒9的形变对探测结果造成的误差。另外，第一固定部和第二固定部也没有减少第一铁轭2和第三铁轭7之间的磁阻。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高灵敏压力探测器，其特征在于，包括：磁体、第一铁轭、第二铁轭、超磁致伸缩材料柱、铁轭套筒、弹性材料、第三铁轭，所述磁体的两端分别连接所述第一铁轭和所述第二铁轭，所述第一铁轭的另一端固定地连接在所述超磁致伸缩材料柱的一端面上，所述第一铁轭与所述超磁致伸缩材料柱垂直，所述超磁致伸缩材料柱的另一端设置在所述铁轭套筒内，所述铁轭套筒固定在所述第三铁轭上，所述铁轭套筒与所述第三铁轭垂直，在所述铁轭套筒内、所述超磁致伸缩材料柱与所述第三铁轭之间设有所述弹性材料，在所述第二铁轭的端面和所述第三铁轭的端面之间设有间隙。
2.如权利要求1所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述弹性材料为非磁性材料。
3.如权利要求2所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述磁体为电磁体或永磁体。
4.如权利要求3所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：还包括第二铁轭套筒，所述第二铁轭套筒固定在所述第一铁轭上，在所述第二铁轭套筒的底部设有弹性材料，所述超磁致伸缩材料柱被限制在所述第二铁轭套筒内。
5.如权利要求4所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述弹性材料为纤维或橡胶。
6.如权利要求5所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述超磁致伸缩材料柱的中部粗、所述超磁致伸缩材料柱的两端细。
7.如权利要求6所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：在所述铁轭套筒外部设有第一固定部。
8.如权利要求7所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：在所述第二铁轭套筒外部设有第二固定部。
9.如权利要求8所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述第一固定部和所述第二固定部为非磁性材料。
10.如权利要求1-9任一项所述的高灵敏压力探测器，其特征在于：所述超磁致伸缩材料柱的材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。
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