CN201344972Y - 利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测量技术领域的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，包括磁致伸缩合金棒、装置外壳、圆板簧、压电片、导电片、接触环，其中：至少一根磁致伸缩合金棒通过圆板簧接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，然后一起设置在装置外壳中，磁致伸缩合金棒暴露在空气中，接触环固定在装置外壳底部，导电片的引出端分别和装置外壳底部的导线连接导通，而导线分别与两个接触环可靠地接触，接触环上分别引出电压信号线接入测试仪表。本实用新型可以将尺寸降低到毫米级的、既有很好的灵敏度，又有很好的温度稳定性和大的测量范围。

Description

利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量技术领域的装置，具体地说，涉及的是一种利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置。

背景技术

现有的测量交变磁场的方法基本有两种。一种是利用感应法测量交变磁场(线圈式)。在亥姆霍兹线圈上通以交变电流，利用亥姆霍兹线圈中的探测线圈所产生的感应电动势，通过计算求得在亥姆霍兹线圈某点的磁场强度。探测线圈法线方向与亥姆霍兹线圈轴线的夹角不同时，其感应电动势的幅值ε_m也不同，其大小与cosθ成正比。另一种是利用霍尔元件测量交变磁场(霍尔式)。根据霍尔效应可知，若霍尔元件灵敏度和控制电流一定，霍尔电压和所在磁场成正比。通过测量霍尔元件上的电压来计算霍尔元件所在磁场的磁场强度。但线圈式和霍尔式都有很大的不足之处。线圈式尺寸不能做到很小，而且讯号的灵敏度和所测频率相关，不容易线性显示；霍尔式的温度稳定性很差，而且测量范围较小，价格也相对较高。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利名称为“无源固态磁场传感器”，专利号为ZL99239314.0的实用新型专利，该专利中提出：用磁致伸缩材料的面和压电陶瓷的面相互接合组成磁场传感器单元，以若干个上述传感器单元重叠地组成磁场传感器组件，以一层压电元件层其二面复合磁致伸缩元件为佳，可测量转速、流量，电流强度及磁成像、磁记录和磁记录介质。其不足在于：所用的磁致伸缩材料产生的形变太小，理论上来讲对压电片的挤压也很小，产生的信号非常微弱，不利于测量；所用的压电材料PZP跟现有的压电材料相比，不论是相对介电常数还是压电常数，都已经不能满足现在的需要；所用的结构不容易产品化，按其结构，由于磁致伸缩产生的应力可能会很大，如果装在盒子里很容易把盒子的端面顶坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，可以将尺寸降低到毫米级的、既有很好的灵敏度，又有很好的温度稳定性和大的测量范围，克服了现有线圈式尺寸和讯号灵敏度不足的问题，同时解决霍尔式温度稳定性差和测量范围小的缺陷。

本实用新型是通过如下技术方案实现的，本实用新型包括磁致伸缩合金棒、装置外壳、圆板簧、压电片、导电片、接触环。至少一根磁致伸缩合金棒通过圆板簧接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，然后一起设置在装置外壳中，但磁致伸缩合金棒暴露在空气中。接触环通过螺钉固定在装置外壳底部。导电片的引出端分别和装置外壳底部的导线连接导通，而导线分别与两个接触环可靠地接触，且互不导通，接触环上分别引出电压信号线接入测试仪表。

所述圆板簧由弹簧、圆板构成，圆板为空心半球体，弹簧与圆板相连的端面上布置了四个可旋转的螺钉，螺钉固定好后装入装置外壳。

所述的磁致伸缩合金棒与压电片通过强力胶粘结。

所述磁致伸缩合金棒一端顶住装置外壳端面，另一端通过圆板簧顶在压电片上。

所述压电片为锆钛酸铅压电片。

当将该装置放入交变磁场中时，磁致伸缩合金棒会产生轴向形变，形变应力通过圆板簧均匀地压在压电片，产生的电荷通过导电片和地线连到接触环上，接触环传出的电压可经电压放大器电路放大后由测量仪表测得。

本实用新型属于利用新的原理对现有测量交变磁场装置的改进，与现有装置相比，具有结构小而方便，可以将尺寸降低到毫米级的，安全可靠，能测得各个角度的交变磁场强度；同时它还有：1、克服了线圈式测量时讯号灵敏度随频率而变的缺点；2、克服了霍尔式温度稳定性差的缺点；3、无需输入，无源测量；4、测量范围广。该测量装置的测量范围可达到7.96×10^-2～7.96×10⁴A/m。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1为磁致伸缩合金棒，2为装置外壳，3为弹簧，4为圆板，5为压电片，6为导电片，7为接触环。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括磁致伸缩合金棒1，装置外壳2，圆板簧，压电片5，导电片6，接触环7。

至少一根磁致伸缩合金棒1通过圆板簧接在压电片5上，导电片6接合在压电片5的下面，然后一起安装在装置外壳2中，但磁致伸缩合金棒1要暴露在空气中。接触环7通过螺钉固定在装置外壳2底部。导电片6的引出端分别和装置外壳2底部的导线连接导通，而导线分别与两个接触环7可靠地接触，且互不导通，接触环7上分别引出电压信号线接入测试仪表。

所述圆板簧由弹簧3、圆板4构成，圆板4为空心半球体，弹簧3与圆板4相连的端面上布置了四个可旋转的螺钉，装入装置外壳2之前，将螺钉固定好。

所述的磁致伸缩合金棒1与压电片2利用强力胶粘结，使之可靠固定，在放入装置外壳2中时磁致伸缩合金棒1一端顶住装置外壳2端面，另一端通过弹簧3、圆板4顶在压电片5上。

所述磁致伸缩合金棒1的端面设有钕铝硼磁钢。

所述压电片5为锆钛酸铅压电片。

当将该装置放入交变磁场中时，磁致伸缩合金棒1会产生轴向形变，形变应力通过圆板簧均匀地压在压电片5上，产生的电荷通过导电片6和地线连到接触环7上，接触环7传出的电压可经电压放大器电路放大后由测量仪表测得。用一块标准的钕铝硼磁钢(B＝0.1T)贴在磁致伸缩合金棒1的端面上，调节测量仪表值为1V即可使用。然后根据测量仪表电压值的变化来标定磁场的变化，进而得到测得的磁场强度。

本实施例中，选用铽镝铁稀土超磁致伸缩功能合金棒(REMA-CN)，REMA-CN是一类能显示巨大磁致伸缩性能的功能材料，把它放到磁场中，其室温下磁致伸缩应变量之大是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的。它比传统的Ni-Co等磁致伸缩合金的应变量大几十倍，达到电致伸缩材料的五倍以上。可高效地实现磁能转换成机械能，传输出巨大的能量。因此可以灵敏的输出其伸缩量。

利用REMA-CN伸缩时加在圆板簧的力转化为弹力，一方面缓冲磁致伸缩材料在伸缩过程中产生的巨大推力，以免损坏盒子，另一方面可有效地将力加载在压电片上。加在压电片上的力可转换为电压值。由于交变磁场的不停变化，所以使得合金棒的应变量也在不停得变化，压电片上的力也就是动态力，而压电片正是适用于动态力的测量。

选用锆钛酸铅(PZT)作为压电片的核心部件，并进行多层叠加以使信号累积从而提高灵敏度。根据压电效应的原理，在受到外力作用时可将外力直接转化为电压信号来测量。

Claims (7)

1.一种利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征在于包括磁致伸缩合金棒、装置外壳、圆板簧、压电片、导电片、接触环，其中：至少一根磁致伸缩合金棒通过圆板簧接在压电片上，导电片接合在压电片的下面，然后一起设置在装置外壳中，磁致伸缩合金棒暴露在空气中，接触环固定在装置外壳底部，导电片的引出端分别和装置外壳底部的导线连接导通，而导线分别与两个接触环接触，接触环上分别引出电压信号线接入测试仪表。

2.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述圆板簧由弹簧、圆板构成，圆板为空心半球体，弹簧与圆板相连的端面上布置了四个可旋转的螺钉，螺钉固定好后装入装置外壳。

3.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述的磁致伸缩合金棒与压电片通过强力胶粘结。

4.根据权利要求1或3所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述磁致伸缩合金棒一端顶住装置外壳端面，另一端通过圆板簧顶在压电片上。

5.根据权利要求1或3所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述磁致伸缩合金棒的端面设有钕铝硼磁钢。

6.根据权利要求1或3所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述磁致伸缩合金棒为铽镝铁稀土超磁致伸缩功能合金棒。

7.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩材料测量交变磁场的装置，其特征是，所述压电片为锆钛酸铅压电片。

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