CN112179478A - 一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，包括壳体，壳体中部设有竖向隔板，竖向隔板右侧固定连接有悬臂梁，悬臂梁右端固定有振动头总成；振动头总成包括与悬臂梁右端固定连接的质量块，质量块上下两侧均设有磁敏电阻，磁敏电阻四周均通过外包在磁敏电阻上的L型夹板紧贴在质量块上，并配合安装螺钉安装在质量块上；磁敏电阻包括磁敏感层和磁敏感层上下两侧的极板，壳体内设有位于振动头总成正上方和正下方的磁体，竖向隔板左侧安装有电阻电压转换器，极板的导线与电阻电压转换器信号输入端电连接，壳体的左侧壁上设有信号接口，电阻电压转换器信号输出端连接信号接口信号输入端。能够准确测量出被测物体的振动信号。

Description

一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器

技术领域

本发明涉及振动检测技术领域，具体涉及一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器。

背景技术

振动传感器是一种能够感受机械振动参量，如振动速度、加速度、频率等，并转换成可用输出电信号的传感器。

对于振动的测量最先发展起来的是接触式测量，通常采用千分表，即利用机械量转换为电量这一基本原理开发出各式各样的接触式振动传感器，并在生产实践中得到广泛应用，但由于与被测物体直接接触使得传感器本身的振动噪声的干扰及维护困难等问题。因而非接触式测量技术对振动的测量被工程技术人员广泛应用于振动测量中，在非接触测量中，电涡流与电容、电感传感器具有结构小，精度较高等优点，却因电测传感器的工作原理的局限，它的灵敏度受到了其自身的限制，以及存在信号无法进行远距离传输以及不适用于一些易燃易爆的环境下测量等缺点。随着光学、光电子学等学科的进步，人们开始寻用光测的方法来弥补电测的缺点，如激光三角法、CCD测量法、光栅盘法、多普勒测振技术和光纤法等，却自身存在安装复杂以及对工作环境要求高等缺陷。

振动现象广泛地存在于工程的各个领域，如结构动力学、精密仪器加工、航空航天及基础科学研究等领域。近年来，随着各领域科技的迅猛发展，我们所面临的振动问题也越来越复杂，而且对于振动测量的要求也日趋苛刻，相应的对振动传感器的性能要求也越来越高。人们不仅要求振动传感器具有良好的静态特性，对振动传感器的动态性能也提出更高要求。其中，传感器材料是传感器技术的重要基础，随着材料科学的进步，人们可制造出各种新型传感器。本发明是运用新型敏感材料磁电阻效应进行振动感知，提出一种利用外磁场方向与磁敏感材料内部颗粒链状结构之间夹角变化从而引发敏感材料自身电阻值变化的特性来测量振动，结合悬臂梁结构，通过悬臂梁的振动实时改变链状结构与外磁场之间的夹角，从而实现对外界振动量的实时测量。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，能够准确测量出被测物体的振动信号。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种包括壳体，所述壳体中部设有竖向隔板，通过竖向隔板将壳体内空间分隔为左小右大的两部分，所述竖向隔板右侧固定连接有悬臂梁，所述悬臂梁左端固定在竖向隔板上，所述悬臂梁右端固定有振动头总成；

所述振动头总成包括与悬臂梁右端固定连接的质量块，所述质量块左侧设有外套在悬臂梁右端上的定位套孔，所述质量块右侧设有与定位套孔连通的横向螺纹孔，并配合插入到悬臂梁右端上的固定螺栓将质量块进行固定，所述质量块上下两侧均设有磁敏电阻，所述磁敏电阻四周均通过外包在磁敏电阻上的L型夹板紧贴在质量块上，并配合L型夹板竖向板上的安装螺钉安装在质量块上；

所述磁敏电阻包括磁敏感层和覆盖在磁敏感层上下两侧的极板，所述壳体内设有位于振动头总成正上方和正下方的磁体，且磁体产生的磁力场能覆盖到对应的磁敏感层，所述磁敏感层为磁流变弹性体材料制成，且通过预结构化方法制备，内部软磁颗粒呈有序链状结构，在静止状态下有序链状结构方向与磁体磁场方向一致；所述竖向隔板左侧壳体内安装有电阻电压转换器，所述极板的导线均穿过竖向隔板，与电阻电压转换器信号输入端电连接，所述壳体的左侧壁上设有信号接口，所述电阻电压转换器信号输出端连接信号接口信号输入端。

上述方案中：所述磁敏电阻与质量块之间均垫设有绝缘板。

上述方案中：所述壳体通过上盖板、底座、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板组合而成，所述底座厚度厚于上盖板，所述底座底部设有安装螺纹孔，结合安装在安装螺纹孔内的螺栓将壳体与被测物体固定在一起。便于将壳体安装在被测物体上。

上述方案中：所述上盖板、底座、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板之间通过螺栓连接。

上述方案中：所述上盖板和底座上均设有分别用于卡入前侧板、后侧板、左侧板、竖向隔板和右侧板的定位槽。在组合时，能够通过定位槽进行定位，快速组装，提高组装便易度。

上述方案中：所述上盖板底侧和底座上表面均设有用于固定磁体的固定卡位扣。安装磁体时，直接将磁体卡在固定卡位扣中即可，相比焊接或粘接，更加方便。

上述方案中：所述绝缘隔板为绝缘的硬质塑料薄片制成。设置为薄片，用于减轻重量，降低悬臂梁上的支撑重量，同时还减少了绝缘隔板的厚度，避免悬臂梁在振动时由于振幅过大而将振动头总成撞到磁体上，造成测量误差。

上述方案中：所述悬臂梁为普通碳钢材料；所述质量块的材料为铍青铜。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：能够通过磁敏电阻内部颗粒链状结构与磁体磁场方向夹角的变换实现振动量实时测量，实现将新材料运用于传感器领域，并且所设计的振动传感器可靠性高，结构简单，便与制造。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明振动头总成的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2所示，一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，包括壳体，壳体中部设有竖向隔板12，通过竖向隔板12将壳体内空间分隔为左小右大的两部分。竖向隔板12右侧固定连接有悬臂梁6。为了降低生产成本和取材难度，悬臂梁6为普通碳钢材料。悬臂梁6左端固定在竖向隔板12上，悬臂梁6右端固定有振动头总成8。

振动头总成8包括与悬臂梁6右端固定连接的质量块805。质量块805的材料为铍青铜。具体的，质量块805左侧设有外套在悬臂梁6右端上的定位套孔，质量块805右侧设有与定位套孔连通的横向螺纹孔，并配合插入到悬臂梁6右端上的固定螺栓804将质量块805进行固定。质量块805上下两侧均设有磁敏电阻，磁敏电阻四周均通过外包在磁敏电阻上的L型夹板802紧贴在质量块805上，并配合L型夹板802竖向板上的安装螺钉安装在质量块805上。

磁敏电阻包括磁敏感层806和覆盖在磁敏感层806上下两侧的极板801，壳体内设有位于振动头总成8正上方和正下方的磁体9，且磁体9产生的磁力场能覆盖到对应的磁敏感层806。磁敏感层806为磁流变弹性体材料制成，且通过预结构化方法制备，内部软磁颗粒呈有序链状结构，在静止状态下有序链状结构方向与磁体9磁场方向一致。竖向隔板12左侧壳体内安装有电阻电压转换器3，竖向隔板12上开设有走线孔4，极板801的导线5均穿过竖向隔板12上的走线孔4，与电阻电压转换器3信号输入端电连接，壳体的左侧壁上设有信号接口11，电阻电压转换器3信号输出端连接信号接口11信号输入端。

最好是，磁敏电阻与质量块805之间均垫设有绝缘隔板803。绝缘隔板803为绝缘的硬质塑料薄片制成。

其中，壳体通过上盖板1、底座14、前侧板、后侧板、左侧板2和右侧板10可拆卸组装而成。为了提高组装效率，降低组装难度，上盖板1和底座14上均设有分别用于卡入前侧板、后侧板、左侧板2、竖向隔板12和右侧板10上下两端的定位槽。前侧板和后侧板上设有供左侧板2、竖向隔板12和右侧板10前后两端卡入的定位槽。上盖板1、底座14、前侧板、后侧板、左侧板2和右侧板10之间通过定位槽的螺栓连接。

最好是，底座14厚度厚于上盖板1，且底座14底部设有安装螺纹孔13，结合安装在安装螺纹孔13内的螺栓将壳体与被测物体固定在一起。

为了进一步降低安装组装难度，上盖板1底侧和底座14上表面均设有用于固定磁体9的固定卡位扣7。

在使用时，先将通过底板14上的安装螺纹孔13将本振动传感器安装于被测物上。当被测物产生振动时，质量块805将跟随振动，其中的悬臂梁6带动振动头总成8保持和外界的振动一致，振动头总成8上下振动过程中，磁敏感层806将于垂直方向产生实时变化的夹角，即磁敏感层806内部的软磁颗粒呈现的垂直链状结构与外磁场方向随着悬臂梁6的振动实时改变两者间的夹角，夹角的变化将改变外磁场对磁敏感层内部微观特性，随着夹角的增大，磁敏感层的电阻值将随之增大，反之，将随之减小；因此，根据外界振动产生不同的实时夹角，即产生实时电阻值，通过电阻电压模块3将实时变化的电阻值转换为实时变换的电压值，外接数据采集仪接收电压信号即可检测实时振动信号。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：包括壳体，所述壳体中部设有竖向隔板(12)，通过竖向隔板(12)将壳体内空间分隔为左小右大的两部分，所述竖向隔板(12)右侧固定连接有悬臂梁(6)，所述悬臂梁(6)左端固定在竖向隔板(12)上，所述悬臂梁(6)右端固定有振动头总成(8)；

所述振动头总成(8)包括与悬臂梁(6)右端固定连接的质量块(805)，所述质量块(805)左侧设有外套在悬臂梁(6)右端上的定位套孔，所述质量块(805)右侧设有与定位套孔连通的横向螺纹孔，并配合插入到悬臂梁(6)右端上的固定螺栓(804)将质量块(805)进行固定，所述质量块(805)上下两侧均设有磁敏电阻，所述磁敏电阻四周均通过外包在磁敏电阻上的L型夹板(802)紧贴在质量块(805)上，并配合L型夹板(802)竖向板上的安装螺钉安装在质量块(805)上；

所述磁敏电阻包括磁敏感层(806)和覆盖在磁敏感层(806)上下两侧的极板(801)，所述壳体内设有位于振动头总成(8)正上方和正下方的磁体(9)，且磁体(9)产生的磁力场能覆盖到对应的磁敏感层(806)，所述磁敏感层(806)为磁流变弹性体材料制成，且通过预结构化方法制备，内部软磁颗粒呈有序链状结构，在静止状态下有序链状结构方向与磁体(9)磁场方向一致；所述竖向隔板(12)左侧壳体内安装有电阻电压转换器(3)，所述极板(801)的导线(5)均穿过竖向隔板(12)，与电阻电压转换器(3)信号输入端电连接，所述壳体的左侧壁上设有信号接口(11)，所述电阻电压转换器(3)信号输出端连接信号接口(11)信号输入端。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述磁敏电阻与质量块(805)之间均垫设有绝缘隔板(803)。

3.根据权利要求2所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述壳体通过上盖板(1)、底座(14)、前侧板、后侧板、左侧板(2)和右侧板(10)组合而成，所述底座(14)厚度厚于上盖板(1)，所述底座(14)底部设有安装螺纹孔(13)，结合安装在安装螺纹孔(13)内的螺栓将壳体与被测物体固定在一起。

4.根据权利要求3所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述上盖板(1)、底座(14)、前侧板、后侧板、左侧板(2)和右侧板(10)之间通过螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述上盖板(1)和底座(14)上均设有分别用于卡入前侧板、后侧板、左侧板(2)、竖向隔板(12)和右侧板(10)的定位槽。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述上盖板(1)底侧和底座(14)上表面均设有用于固定磁体(9)的固定卡位扣(7)。

7.根据权利要求2所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述绝缘隔板(803)为绝缘的硬质塑料薄片制成。

8.根据权利要求7所述的一种基于磁电阻效应的悬臂式振动传感器，其特征在于：所述悬臂梁(6)为普通碳钢材料；所述质量块(805)的材料为铍青铜。

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