ΔE效应对磁弹性传感器的影响与分析.pdf

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1、54传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第3l卷第1O期AE效应对磁弹性传感器的影响与分析周进波，谢志鹏，杨唐胜(湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410012)摘要：分析了磁弹性传感器共振频率的测量原理。主要分析直流偏置磁场变化对共振频率测量的影响，提出了传感器尺寸和最佳直流偏置磁场的对应关系。通过实验得出AE效应对传感器共振频率测量准确性的影响。关键词：磁弹性传感器；共振频率；△E效应中图分类号：TP212．3文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)10-0054-03I

2、nfluenceandanalysisofAEefectonmagneto-elasticsensorZHOUJin—bo，XIEZhi—peng，YANGTang—sheng(SchoolofElectricalandInformationEngineering，HunanUniversity，Changsha410012，China)Abstract：Themeasurementprincipleofresonancefrequencyofmagneto—elasticsensorisanalyzed．TheinfluenceofDC—biasmag

3、neticfieldchangeonmeasurementofresonancefrequencyisanalyzed，therelationshipbetweensensorsizeandoptimalDC—biasmagneticfieldisproposed．TheexperimentshowstheinfluenceofAEeffectonmeasurementaccuracyofresonance~equencyofsensor．Keywords：magneto—elasticsensor；resonance~equency；AEefect0引

4、言1．1磁弹性传感器理论基础铁磁材料在中频段(10一10Hz)可能会出现尺寸共振对于一个带状磁弹性传感器来说，将其放置在平或磁一力耦合共振，其共振频率不仅与材料性质和材料尺寸面，长度方向平行于y轴，宽度方向平行于z轴，在平行于有关，还受外部环境的影响，如，温度、压力、粘度y轴方向的中频段交变磁场作用下，传感器产生磁致伸缩等。利用铁磁材料的磁力耦合共振频率受外部环境的影响效应，其中，y轴方向的位移变化用微分方程表示如下而改变的特性，可制作各种传感器。为了消除传感器材料P0t。：一去，(1)的各向异性，必须外加一个直流偏置磁场。p(1_0-2)’外加的直流偏

5、置磁场变化可引起传感器弹性模量E式中P为传感器材料密度，u为在y轴方向上的伸缩位的变化，即AE效应。△效应导致磁弹性传感器的共振频移，E为杨氏弹性模量，盯为泊松比。方程的解为带谐波率和振幅发生变化。本文分析研究了磁弹性传感器共振频分量的正弦振荡曲线，谐振频率可以由式(2)给出(Landau率的测量原理，并通过对磁弹性传感器的测试，分析了AEandLifshitz，1986)效应对于传感器共振检测的影响，提出了提高磁传感测试准确性的方法。／n=√_nⅢ，lT，’一=1，～2，3，⋯，(2)1磁弹性传感器工作原理式中n为谐波次数。在实际应用中，考虑的是传感器

6、在传感器采用磁致伸缩材料制成，是一种非晶态合金，主基频(n=1)时的谐振频率。‘要成份是Fe4。Ni。MoB，利用铁磁材料的磁力耦合共振频磁弹性传感器以式(2)理论关系式为基础，研究被测率受外部环境的影响而改变的特性，制作各种生物和化学参量变化引起传感器的质量、振动时的阻尼系数、应力等参微传感器，如，血液粘度传感器、胰蛋白酶传感器、一淀粉酶数中某一或多个参数变化之间的关系，通过测量其共振频传感器、磷酸酯酶活性传感器等。这种传感器的优点是测量费用低，而且是非接触测量。率的变化来反映被测参量的值。收稿日期：2012-04—13}基金项目：国家自然科学基金资助

7、项目(20827006／B0506)第10期周进波，等：AE效应对磁弹性传感器的影响与分析551．2磁弹性传感器共振频率检测方法本文讨论的磁弹性传感器都是通过测量传感器共振频之率的变化来反映被测参量的值。因此，准确测量传感器共振频率非常关键，磁弹性传感器共振频率的测量方法有3种：频谱分析法、过零计数法、扫频检测法，本文选用的是扫频检测方法。频率／kHz传感器的共振频率变化范围是已知的，可以预设扫描图2磁弹性传感测试仪测试结果Fig2Measurementresu~ofmagneto-elasticsensitivetester频段，用单片机控制信号发生器

8、产生该频段内的正弦交流具有很高的磁弹性转换效率。扫频信号施加到激励线圈上，检测线