一種四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器的制造方法
【專利摘要】一種四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器，屬于磁芯傳感器。方案：1、母合金錠制作：首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份稱量原料，將原料混合，置于高頻感應熔煉爐中，抽真空至低于5×10-5Pa，然后再充入保護氣體，氣壓為600mbar，在反應爐中熔化；熔煉、凝固、翻轉，反復4次，在銅模內快速冷卻成型，得到母合金錠；2、制作U型塊體非晶合金棒：將冷卻至室溫的母合金錠從熔煉爐中取出，除掉表面雜質，置于酒精中清洗后，破碎成小塊；將小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，抽真空至低于10-3Pa后充入氬氣，利用壓力差將熔融的合金液噴入至銅模中，得到U型塊體非晶合金棒。該磁芯可以實現磁性支護設備應力狀態的精確測量，大大減低激勵電流、減小能耗。
【專利說明】—種四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種磁芯傳感器，特別是一種四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器。
技術背景
[0002]傳感技術是現代信息技術的三大基礎之一，而傳感器作為獲取信息的工具，是各種儀器儀表和自動化設備的基礎。傳感器技術中，敏感元件是關鍵，它的基本性能取決于相應的敏感材料。在磁場探測方面，過去很長一段時間里使用的都是鐵氧體、電工純鐵或硅鋼合金，但都有各自不同的缺陷。鐵氧體磁芯通常利用粉末熱軋成型，磁芯強度低、易損壞；電工純鐵或硅鋼合金磁芯通常利用切削加工成型，浪費嚴重、復雜器件難以加工，容易腐蝕生銹。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種性能優異、操作簡便、切實可行的四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:該磁芯傳感器包括:軟磁材料磁芯制作及磁測應力傳感器制作；
[0005]軟磁材料磁芯制作:
[0006](I)、母合金錠制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同種類元素的原子百分比換算成質量百分比稱量，稱量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Υ、7.6430%的Nb,所述的Fe,Nb,B和Y的純度均為99.99mass%;將鐵Fe、鈮Nb,硼B及釔Y混合，將混合后的合金原料置于高頻感應熔煉爐中，抽真空至低于5X 10_5Pa，然后再充入保護氣體氬氣，氣壓為600mbar，在反應爐中熔化，隨室溫降溫凝固、然后利用儀器的機械臂翻轉冷卻后的合金錠、再次進行熔煉、反復四次，冷卻成型后得到母合金錠；
[0007](2)、制作U型塊體非晶合金棒:
[0008]將冷卻至室溫的母合金錠從熔煉爐中取出，用砂輪打磨掉表面雜質，置于酒精中用超聲波清洗后，破碎成小塊；
[0009]將小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設備的感應線圈中，抽真空至低于KT3Pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液噴入預先放置的銅模中，鑄造得到U型塊體非晶合金棒；
[0010](3)、對母合金錠非晶合金性質的檢定:
[0011]用單棍快淬法制備鐵基非晶合金帶材:銅棍轉速為35?40m/s,壓差為200?300mbar，石英管口與銅輥間距為0.7mm ;加熱母合金錠熔融至表面抖動的一剎那，瞬間將合金溶液噴出，制備出寬I?2mm,厚20?30 μ m的非晶合金條帶；
[0012]條帶寬1-1.5mm,厚20-30 μ m, U型棒兩臂長15mm,底部半圓曲率半徑0.5mm,物相檢測采用Cu靶Ka放射X射線衍射儀(XRD，Bruker D8 Advance)，熱力學參數采用差示掃描量熱儀(DSC，NETZSCH DSC404C)，升溫速率40K/min。條帶和U型棒材的XRD和DSC曲線比較；去應力退火采用等溫熱處理方法，儀器選用上海宜豐電爐有限公司生產的YFFK型管式退火爐；樣品飽和磁感應強度采用振動樣品磁強計(VSM，Lake Shore7410)測試，最大磁場可達800kA/m,條帶的矯頑力采用Riken Denshi公司直流B-H儀測量。
[0013]四極磁測應力傳感器制作:
[0014]首先利用金剛石切IllJ機將制備出的U型棒材兩端切齊；然后用漆包線在U型棒兩臂分別纏繞制線圈，線圈繞向保證單臂上電流疊加，U型棒兩端極性相反；加熱保溫及加壓將兩個繞有線圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂紙打磨將探測器四腳磨出并保證平面與臂垂直，打磨探測面以保證端面平滑。
[0015]有益效果，由于采用了上述方案，利用軟磁性能優異的新型鐵基金屬玻璃材料一次成型制備出鐵基金屬玻璃塊材，由于鐵基金屬玻璃具有機械特性理想、磁學性能可調控等優點，非常適合用作敏感元件。然后通過將這些塊材進行組合、繞制漆包線制備出可進行應力磁性材料的傳感器磁芯。從而簡化應力測量的步驟，提高測量精度，推動鐵基金屬玻璃新材料的應用。
[0016]鐵基塊體金屬玻璃是一類新型金屬軟磁材料，它具有優異軟磁特性、制備工藝相對簡單、耐磨耐腐蝕，是理想的傳感器材料。
[0017]優點:
[0018]該傳感器采用的磁芯具有較高的飽和磁化強度、低矯頑力、高磁導率等優異軟磁特性，且靈敏度高、能耗小，耐磨耐腐蝕，制備方法簡單環保。本發明采用銅模鑄造成型、鑲嵌磁芯和手工繞制銅線結合的方法制備。該磁芯傳感器可以實現磁性支護設備應力狀態的精確測量，大大減低激勵電流、減小能耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的U型Fe68B23Nb4Y5磁芯和非晶條帶的XRD和DSC曲線比較。
[0020]圖2為本發明的U型Fe68B23Nb4Y5磁芯和非晶條帶的磁性能比較。
[0021]圖3為本發明的四磁極磁測的磁芯傳感器結構圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例1對本發明進行具體說明。
[0023]該磁芯傳感器包括:軟磁材料磁芯制作及磁測應力傳感器制作；
[0024]軟磁材料磁芯制作:
[0025](I)、母合金錠制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同種類元素的原子百分比換算成質量百分比稱量；稱量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Y、7.6430%的Nb,所述的Fe、Nb、B和Y的純度均為99.99mass% ;將鐵Fe、鈮Nb，硼B及釔Y混合，將混合后的合金原料置于日本真壁技研株式會社生產的小型高頻感應熔煉爐(VF-HMF100)中，抽真空至低于5 X 10_5Pa，然后再充入保護氣體氬氣氣壓為600mbar，在反應爐中熔化，隨室溫降溫凝固、然后利用儀器的機械臂翻轉冷卻后的合金錠、再次進行熔煉、反復四次，冷卻成型后得到母合金錠；
[0026](2)、制作U型塊體非晶合金棒:
[0027]將冷卻至室溫的母合金錠從熔煉爐中取出，用砂輪打磨掉表面雜質，置于酒精中用超聲波清洗后，破碎成小塊；
[0028]將小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設備的感應線圈中，抽真空至低于10_3Pa后充入適量氬氣，利用壓力差將熔融的合金液噴入預先放置的銅模中，鑄造得到直徑3_的U型塊體非晶合金棒；
[0029](3)、對母合金錠非晶合金性質的檢定:
[0030]用單棍快淬法制備鐵基非晶合金帶材:銅棍轉速為35?40m/s,壓差為200?300mbar，石英管口與銅輥間距為0.7mm ;加熱母合金錠熔融至表面抖動的一剎那，瞬間將合金溶液噴出，制備出寬I?2mm,厚20?30 μ m的非晶合金條帶。
[0031]條帶寬1-1.5mm,厚20-30 μ m,U型棒兩臂長15mm,底部半圓曲率半徑0.5mm,物相檢測采用Cu靶Ka放射X射線衍射儀(XRD，Bruker D8 Advance)，熱力學參數采用差示掃描量熱儀(DSC，NETZSCH DSC404C)，升溫速率40K/min。條帶和U型棒材的XRD和DSC曲線比較。去應力退火采用等溫熱處理方法，儀器選用上海宜豐電爐有限公司生產的YFFK型管式退火爐。樣品飽和磁感應強度采用振動樣品磁強計(VSM，Lake Shore7410)測試，最大磁場可達800kA/m,條帶的矯頑力采用Riken Denshi公司直流B-H儀測量。
[0032]四極磁測應力傳感器制作:
[0033]首先利用金剛石切IllJ機將制備出的U型棒材兩端切齊；然后用一根直徑約0.3mm的漆包線在U型棒兩臂分別纏繞制55匝的線圈，線圈繞向保證單臂上電流疊加，U型棒兩端極性相反；采用金相試樣鑲嵌機(XQ-1)，選用透明色鑲嵌料，經加熱保、溫及加壓過程，將兩個繞有線圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂紙打磨將探測器四腳磨出并保證平面與臂垂直，W5.0砂紙打磨探測面以保證端面平滑。
[0034]實施例1:
[0035]按照名義成分Fe68B23Nb4Y5(原子百分比)制備母合金，根據換算的重量百分比分別稱取高純元素 Fe (99.99mass% ) ,Nb (99.9mass% ) ,B (99.5mass% )及 Y(99.99mass% )混合，采用日本真壁技研株式會社生產的小型高頻感應熔煉爐(VF-HMF100)，在Ar氣保護下進行母合金熔煉。直徑3mm的U型棒材利用圖2銅模進行鑄造得到。條帶采用單輥甩帶法制備(用于比較)，儀器均采用日本真壁技研株式會社生產的熔體快淬鑄造設備(VF-RQB20)，條帶寬1-1.5mm,厚20-30 μ m, U型棒兩臂長15_，底部半圓曲率半徑0.5mm,物相檢測采用Cu靶Ka放射X射線衍射儀(XRD，Bruker D8 Advance)，熱力學參數采用差示掃描量熱儀(DSC，NETZSCHDSC404C)，升溫速率40K/min。條帶和U型棒材的XRD和DSC曲線比較。去應力退火采用等溫熱處理方法，儀器選用上海宜豐電爐有限公司生產的YFFK型管式退火爐。樣品飽和磁感應強度采用振動樣品磁強計(VSM，Lake Shore7410)測試，最大磁場可達800kA/m,條帶的矯頑力采用Riken Denshi公司直流B-H儀測量。采用金剛石切割機將U型棒材兩端切齊，選用一根直徑約0.3mm的Cu漆包線，在U型棒兩臂分別纏繞55匝，線圈繞向保證單臂上電流疊加，U型棒兩端極性相反。采用金相試樣鑲嵌機(XQ-1)，選用透明色鑲嵌料，經加熱保溫及加壓過程將兩個繞有線圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂紙打磨將探測器四腳磨出并保證平面與臂垂直，W5.0砂紙打磨以保證探測面平滑。
【權利要求】
1.一種四探頭鐵基金屬玻璃磁測應力的磁芯傳感器，其特征是:該磁芯傳感器包括:軟磁材料磁芯制作及磁測應力傳感器制作； 軟磁材料磁芯制作: .(1)母合金錠制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同種類元素的原子百分比換算成質量百分比稱量，稱量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Y、7.6430%的Nb,所述的Fe、Nb、B和Y的純度均為99.99mass% ;將鐵Fe、鈮Nb，硼B及釔Y混合，將混合后的合金原料置于高頻感應熔煉爐中，抽真空至低于5 X 1-5Pa,然后再充入保護氣體氬氣，氣壓為600mbar，在反應爐中熔化，隨室溫降溫凝固、然后利用儀器的機械臂翻轉冷卻后的合金錠、再次進行熔煉、反復四次，冷卻成型后得到母合金錠； .(2)制作U型塊體非晶合金棒: 將冷卻至室溫的母合金錠從熔煉爐中取出，用砂輪打磨掉表面雜質，置于酒精中用超聲波清洗后，破碎成小塊； 將小塊合金裝入下端開口的石英玻璃管中，然后置于鑄造設備的感應線圈中，抽真空至低于KT3Pa后充入氬氣，利用壓力差將熔融的合金液噴入預先放置的銅模中，鑄造得到U型塊體非晶合金棒。 四極磁測應力傳感器制作: 首先利用金剛石切割機將制備出的U型棒材兩端切齊；然后用漆包線在U型棒兩臂分別纏繞制線圈，線圈繞向保證單臂上電流疊加，U型棒兩端極性相反；加熱、保溫及加壓將兩個繞有線圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂紙打磨將探測器四腳磨出并保證平面與臂垂直，打磨探測面以保證端面平滑。
【文檔編號】G01L1/12GK104198094SQ201410439206
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月29日 優先權日:2014年8月29日
【發明者】劉海順, 楊衛明, 侯龍, 薛琳, 趙玉成, 竇林名 申請人:中國礦業大學