CN204495494U - 带预压机构的铁镓合金力传感器 - Google Patents
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Abstract
一种带预压机构的铁镓合金力传感器包括底座，通过螺纹与底座连接的Galfenol棒，Galfenol棒外侧装有线圈骨架，线圈骨架的外侧槽内装有激励线圈，激励线圈的外部装有外壳，外壳与底座采用螺纹连接，Galfenol棒的上部采用螺纹与输出轴连接。结构简单，装配方便可靠，便于搬运，既可以测量静态载荷又可以测量动态载荷。由于带有预压机构，线性的测量区间大。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁致伸缩力传感器领域，具体涉及一种铁镓合金力传感器。
背景技术
力传感器是将外部输入的载荷转化为电压输出的器件，目前研究较多的有压电式力传感器和超磁致伸缩力传感器。
压电式力传感器是以压电材料作为敏感元件的力传感器，它的工作原理是基于压电材料的压电效应，当压电材料受到外力作用时，它的表面会形成电荷，通过测量两个表面的电压差便可知道外加载荷的大小。因此其可以对动态的力进行测量。但是其等效电路为电容结构，当施加静态和准静态载荷时，压电片两极无法产生电压差，从而压电式力传感器无法对静态和准静态的信号进行测量。同时，压电材料脆性较大，无法承受较大载荷，当应力过大或者发生剪切应变时，材料会发生断裂，故压电式力传感器也不适用于较大载荷的测量。
超磁致伸缩力传感器是以超磁致伸缩材料为敏感元件的力传感器，当超磁致伸缩材料承受外加力时，其内部产生的机械应力导致材料的磁化率发生变化，从而可以通过检测磁场的变化来得到外加力的大小。但是超磁致伸缩材料也具有脆性大的缺陷，无法承受较大的拉应力和剪切应变。当拉力和压力交变变化时，无法对负载进行连续测量。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种以Galfenol合金为敏感元件，带有预压机构的力传感器结构，该传感器能对静态和动态的载荷进行测量，并且测量的区间较大。
本实用新型实现上述目的的技术方案是：
一种带预压机构的铁镓合金力传感器，包括底座，通过螺纹与底座连接的Galfenol棒，Galfenol棒外侧装有线圈骨架，线圈骨架的外侧槽内装有激励线圈，激励线圈的外部装有外壳，外壳与底座采用螺纹连接，Galfenol棒的上部采用螺纹与输出轴连接。
按上述方案，所述输出轴与外壳之间安装有蝶形弹簧，两个蝶形弹簧对合安装且尺寸与传感器的尺寸匹配。
按上述方案，所述线圈骨架的上面和下面设置了第二高导磁体和第一高导磁体。
按上述方案，所述Galfenol棒上绕有感应线圈，粘贴有电阻应变片和霍尔传感器。
按上述方案，所述底座的下部加工了螺纹槽，并设有相应的连接柱；在输出轴的上部加工了螺纹，并设有相应的连接套。
本实用新型结构简单，装配方便可靠，便于搬运，既可以测量静态载荷又可以测量动态载荷。由于带有预压机构，线性的测量区间大。
附图说明
图1为本实用新型的结构的剖面示意图。
图2为本实用新型不同应力下的磁感应强度-磁场强度的分布曲线。
图3为本实用新型有和没有高导磁体时磁感应强度的仿真结果。
图4为本实用新型中与底座连接的连接柱结构示意图。
图5为本实用新型中与输出轴相连的连接套结构示意图。
图中：1.第一高导磁体，2.线圈骨架，3.激励线圈，4.Galfenol棒，5.外壳，6.第二高导磁体，7.输出轴，8.蝶形弹簧，9.霍尔传感器，10.感应线圈，11.电阻应变片，12.底座，13.连接柱，14.连接套。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1、图4和图5所示，外加载荷施加在两端的连接柱上，下端的连接柱13通过螺纹与底座12连接，同时底座12又通过螺纹与Galfenol棒4连接，而Galfenol棒4的上部依然通过螺纹与输出轴7连接，最后输出轴7的上部与连接套14连接。这样外部载荷就通过一系列螺纹连接传递到Galfenol棒4上，从而Galfenol棒4产生磁致伸缩变形。
在施加载荷的同时，给激励线圈3施加激励电流，电流通过激励线圈3转化为激励磁场，激励磁场作用在Galfenol棒4上，Galfenol棒4产生磁致伸缩变形。
为了能使施加载荷的范围增大，在输出轴7和底座12之间加装了蝶形弹簧8给传感器施加预压力，从而增大传感器工作的线性区间，增大测量范围。从图2可以看出，施加了54.5MPa的预应力时，Galfenol棒4的磁感应强度-磁场强度曲线的线性区间增大，从而测量范围增加。
同时为了使测量的准确性增加，在线圈骨架2的上面和下面均加装了第二高导磁体6和第一高导磁体1。
同时，在Galfenol棒4上绕有感应线圈10，用于测量通过Galfenol棒4的磁感应强度，也可以测量感应线圈两端的感应电压。Galfenol棒4上面粘贴有电阻应变片11，用于测量Galfenol棒4的应变，即Galfenol棒4的磁致伸缩变形。Galfenol棒上面还粘贴有霍尔传感器，用于测量静态时Galfenol棒4上的磁场强度。
如图3所示，对没有高导磁体和有高导磁体进行了软件仿真。在相同条件下，添加了高导磁体的Galfenol棒4上测量的磁感应强度的幅值较大，外界的干扰减小，测量结果更加准确。
Claims (5)
1.一种带预压机构的铁镓合金力传感器，其特征在于：包括底座(12)，通过螺纹与底座(12)连接的Galfenol棒(4)，Galfenol棒(4)外侧装有线圈骨架(2)，线圈骨架(2)的外侧槽内装有激励线圈(3)，激励线圈(3)的外部装有外壳(5)，外壳(5)与底座(12)采用螺纹连接，Galfenol棒(4)的上部采用螺纹与输出轴(7)连接。
2.根据权利要求1所述的带预压机构的铁镓合金力传感器，其特征在于：所述输出轴(7)与外壳(5)之间安装有蝶形弹簧，两个蝶形弹簧对合安装且尺寸与传感器的尺寸匹配。
3.根据权利要求1或2所述的带预压机构的铁镓合金力传感器，其特征在于：所述线圈骨架(2)的上面和下面设置了第二高导磁体(6)和第一高导磁体(1)。
4.根据权利要求3所述的带预压机构的铁镓合金力传感器，其特征在于：所述Galfenol棒(4)上绕有感应线圈(10)，粘贴有电阻应变片(11)和霍尔传感器(9)。
5.根据权利要求4所述的带预压机构的铁镓合金力传感器，其特征在于：所述底座(12)的下部加工了螺纹槽，并设有相应的连接柱(13)；在输出轴(7)的上部加工了螺纹，并设有相应的连接套(14)。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105119520A (zh) * | 2015-09-02 | 2015-12-02 | 南昌工程学院 | 基于Galfenol薄片的精密直线驱动器 |
| CN106225961A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-12-14 | 河北工业大学 | 一种用于机器人的触觉传感器 |
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2015
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