預壓型磁致伸縮力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于磁致伸縮拉壓力傳感器技術領域，特別涉及一種預壓型磁致伸縮力傳感器。
【背景技術】
[0002]磁致伸縮材料作是制造力傳感器的3大智能材料(壓電材料、形狀記憶合金、磁致伸縮材料)之一。
[0003]壓電式力傳感器的測量是基于壓電材料的壓電效應進行的，即當壓電材料受到應力的作用時，壓電板的兩側會聚集異號電荷，通過測量壓電板兩側的電壓差便可以得知外加力的大小。因此壓電材料可以對動態載荷進行測量，無法對靜態和準靜態的載荷進行測量。同時，壓電材料比較脆，無法承受較大的載荷，無法用于力很大的場合。這大大的限制了壓電材料的應用。
[0004]形狀記憶合金具有變形恢復的特點。形狀記憶合金在加熱狀態會呈現兩種不同的相結構。并且這種過程通過溫度的循環可以反復獲得，用這兩種形狀記憶效應獲得的應變比簡單的熱膨脹要大很多。形狀記憶合金在低頻和大行程驅動方面有顯著優點，由于其受溫度控制，這大大地限制了它的應用。
[0005]本實用新型針對現有的不足，提出了一種以磁致伸縮材料為敏感元件的磁致伸縮傳感器。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足提供一種結構簡單、工作可靠、能較好的實現對靜態、準靜態以及交變載荷的測量的預壓型磁致伸縮力傳感器。
[0007]本實用新型所采用的技術方案為:一種預壓型磁致伸縮力傳感器，包括底座和安裝在底座上的外殼，所述外殼內壁與底座之間圍合形成安裝腔，其特征在于:在安裝腔中設置有下部永磁體、彈簧、輸出軸、上部永磁體、磁致伸縮棒，磁致伸縮棒的下端與底座連接，上端與輸出軸相連，所述彈簧套裝在磁致伸縮棒外，并抵接在下部永磁體與輸出軸之間，所述上部永磁體設置在輸出軸與外殼之間，在磁致伸縮棒上設有感應線圈、電阻應變片、霍爾傳感器，其中，上部永磁體和下部永磁體相對面的極性相反，以提供偏置磁場。
[0008]按上述技術方案，所述彈簧的外壁緊貼安裝腔內壁，在初始狀態，彈簧處于壓縮狀態，為整個結構施加一定的預應力。
[0009]按上述技術方案，在輸出軸的下端設置有凸緣，所述上部永磁體套裝在輸出軸上，并抵接在安裝腔與凸緣之間。
[0010]按上述技術方案，所述磁致伸縮棒的兩端分別與輸出軸和底座螺紋連接。
[0011 ]按上述技術方案，彈簧的中心孔的孔徑大于磁致伸縮棒的外徑，使彈簧與磁致伸縮棒之間存在間隙，利用該間隙在磁致伸縮棒上粘貼有霍爾傳感器、電阻應變片以及纏繞有感應線圈。
[0012]本實用新型所取得的有益效果為:本實用新型結構簡單、便于組裝，可以對靜態力、動態力進行檢測，尤其是能夠對方向交變、大小隨時間變化的拉壓型負載進行連續的測量，還可以實現多變量的同步采集，同時，磁致伸縮材料具有較高的居里溫度，能有效的避免溫度對測量結果產生的影響。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結構圖。
[0014]其中:1、底座，2、下部永磁體，3、彈簧，4、輸出軸，5、上部永磁體，6、外殼，7、磁致伸縮棒，8、霍爾傳感器，9、感應線圈，10、電阻應變片。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0016]如圖1所示，本實施例提供了一種預壓型磁致伸縮力傳感器，包括底座1和采用螺栓連接在底座上的外殼6，底座1與外殼6形成了一個封閉式的安裝腔，能夠有效的減少整個結構產生的磁泄漏。同時，底座1與外殼6均采用導磁性能較好的電工純鐵制造而成，從而能夠實現磁場的傳導。在安裝腔中設置有下部永磁體2、彈簧3、輸出軸4、上部永磁體5、磁致伸縮棒7，磁致伸縮棒7的兩端分別與輸出軸4和底座1螺紋連接，在磁致伸縮棒7外套裝有彈簧3，彈簧3的外壁緊貼安裝腔內壁，其中，上部永磁體5和下部永磁體2均呈環狀，下部永磁體2套裝在底座1的中心安裝座上，彈簧3設置在下部永磁體2和輸出軸4之間，在初始時刻，彈簧3處于壓縮狀態，它會對下部永磁體2和輸出軸4均施加一定大小的力，從而保證下部永磁體2的位置不發生變化。在輸出軸4的下端設置有凸緣，所述上部永磁體5套裝在輸出軸4上，并抵接在安裝腔與凸緣之間。其中，上部永磁體5和下部永磁體2的極性相反，從而給整個結構施加偏置磁場，底座、磁致伸縮棒、輸出軸和外殼形成了一個完整的磁回路，便于磁場的傳導。彈簧3的中心孔的孔徑大于磁致伸縮棒7的外徑，使彈簧3與磁致伸縮棒7之間存在間隙，利用該間隙在磁致伸縮棒上粘貼有霍爾傳感器8、電阻應變片10以及纏繞有感應線圈9。
[0017]在安裝腔內，磁致伸縮棒7充當整個結構的核心，由于磁致伸縮棒7兩端分別與底座1和輸出軸4固定連接。外加載荷通過輸出軸4就能較好的傳遞到磁致伸縮棒7上。同時在測量過程中，由于底座1是固定的，這樣里載荷就能較好的作用在磁致伸縮棒7上，使該力傳感器可以對靜態、準靜態和交變載荷進行測量。
[0018]本實施例中，可以將感應線圈9兩端直接連入NI數據采集卡，測量感應線圈9兩端產生的感應電壓;還可以將感應線圈9兩端接入磁通計，最后連入NI數據采集卡，從而來測量磁致伸縮棒7上的磁感應強度的大小。通過將電阻應變片10兩端的引線接入到應變儀，后接進NI數據采集卡，從而可以實現對磁致伸縮棒7上的應變的測量。霍爾傳感器8的引線一部分與電源連接給其通電，另外一部分連入NI數據采集卡，采集上部永磁體5和下部永磁體2給整個結構施加的偏置磁場的大小。最后，將NI數據采集卡測量到的所有信號輸入到PC電腦，從而實現對實驗數據的讀取，從而獲得外加負載的大小與方向。
[0019]本實用新型結構簡單，加工成本低，安裝方便可靠，且便于搬運，能對靜態、準靜態和交變載荷進行連續測量，具有較好的應用前景。
【主權項】
1.一種預壓型磁致伸縮力傳感器，包括底座和安裝在底座上的外殼，所述外殼內壁與底座之間圍合形成安裝腔，其特征在于:在安裝腔中設置有下部永磁體、彈簧、輸出軸、上部永磁體、磁致伸縮棒，磁致伸縮棒的下端與底座連接，上端與輸出軸相連，所述彈簧套裝在磁致伸縮棒外，并抵接在下部永磁體與輸出軸之間，所述上部永磁體設置在輸出軸與外殼之間，在磁致伸縮棒上設有感應線圈、電阻應變片、霍爾傳感器，其中，上部永磁體和下部永磁體相對面的極性相反，以提供偏置磁場。2.根據權利要求1所述的一種預壓型磁致伸縮力傳感器，其特征在于，所述彈簧的外壁緊貼安裝腔內壁，在初始狀態，彈簧處于壓縮狀態，為整個結構施加一定的預應力。3.根據權利要求1或2所述的一種預壓型磁致伸縮力傳感器，其特征在于，在輸出軸的下端設置有凸緣，所述上部永磁體套裝在輸出軸上，并抵接在安裝腔與凸緣之間。4.根據權利要求1或2所述的一種預壓型磁致伸縮力傳感器，其特征在于，所述磁致伸縮棒的兩端分別與輸出軸和底座螺紋連接。5.根據權利要求1或2所述的一種預壓型磁致伸縮力傳感器，其特征在于，彈簧的中心孔的孔徑大于磁致伸縮棒的外徑，使彈簧與磁致伸縮棒之間存在間隙，利用該間隙在磁致伸縮棒上粘貼有霍爾傳感器、電阻應變片以及纏繞有感應線圈。
【專利摘要】本實用新型公開了一種預壓型磁致伸縮力傳感器，包括底座和安裝在底座上的外殼，所述外殼內壁與底座之間圍合形成安裝腔，其特征在于：在安裝腔中設置有下部永磁體、彈簧、輸出軸、上部永磁體、磁致伸縮棒，磁致伸縮棒的下端與底座連接，上端與輸出軸相連，所述彈簧套裝在磁致伸縮棒外，并抵接在下部永磁體與輸出軸之間，所述上部永磁體設置在輸出軸與外殼之間，在磁致伸縮棒上設有感應線圈、電阻應變片、霍爾傳感器，其中，上部永磁體和下部永磁體相對面的極性相反，以提供偏置磁場。本實用新型結構簡單、便于組裝，可以對靜態力、動態力進行檢測，尤其是能夠對方向交變、大小隨時間變化的拉壓型負載進行連續的測量，還可以實現多變量的同步采集。
【IPC分類】G01L1/12
【公開號】CN205120279
【申請號】CN201520919330
【發明人】李波, 李鵬輝, 舒亮, 張鴻翔, 何君, 黃丕帥
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月18日