基於磁流變脂磁致伸縮效應傳感方法及其材料特性傳感器的製作方法

2023-07-29 10:20:16

專利名稱：基於磁流變脂磁致伸縮效應傳感方法及其材料特性傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁流變體磁致伸縮效應的檢測和磁流變體智能傳感技術領域，特別是涉及磁流變體磁致伸縮效應的智能傳感方法及其應用領域。具體來說，本發明涉及一種基於磁流變脂磁致伸縮效應的智能傳感方法及其材料特性傳感器的設計，能夠測量材料內部結構所存在的缺陷。
背景技術：
在石油、汽車、航空、管道運輸、表面加工、精密加工等領域中，材料特性對其性能、壽命、安全性等有重大影響。近年來，利用鐵磁性物質磁致伸縮效應來檢測材料特性的傳感技術已經被提出，這種傳感技術利用鐵磁性物質被磁化時產生的磁致伸縮應變並激發彈性導波來檢測鐵磁性材料的特性(王悅民，謝俊麗，劉東等，基於磁致伸縮效應的導波無損檢測技術研究進展[J]，NDT無損檢測，2007，29 :280_283)。這種在先技術具有檢測距離長、檢 測時間快、實現非接觸式檢測等優點，但只能對鐵磁性物質材料特性進行檢測。磁流變脂主要由高磁導率、低滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成。其鐵磁性顆粒大小為微米數量級，而磁疇大小也為微米數量級，所以磁流變脂被磁化後，其外形尺寸會發生變化，即產生磁致伸縮效應；當磁流變脂受到磁致伸縮產生的彈性導波作用後，其磁感應強度將發生變化，即產生逆磁致伸縮效應(沈立華，王悅民等，縱嚮導波磁致伸縮傳感器信號檢測的實驗研究[J]，2007，9 :2049-2051)。相對於固體鐵磁性材料，磁流變脂具有更大的磁致伸縮應變量，應用磁流變體(磁流變液、磁流變脂)電磁學特性來設計相應的傳感器稱為磁流變智能傳感技術。目前，磁流變脂的磁致伸縮效應還沒有應用於材料特性傳感技術及其傳感器領域。

發明內容
為了克服上述不足，本發明提出一種基於磁流變脂磁致伸縮效應的智能傳感方法，並設計一種材料特性傳感器。這種傳感器利用磁流變脂的磁致伸縮效應，可以檢測多種材料內部是否存在腐蝕、裂紋、破損等缺陷，具有檢測距離長、響應時間快、測量精度高等特點。本發明所採用的技術方案
為了解決上述問題，本發明設計一種基於磁流變脂磁致伸縮效應材料特性傳感器，僅對該傳感器輸出信號進行分析，實時地得到所測材料內部是否存在腐蝕、裂紋、破損等缺陷。本發明設計的傳感器(如圖I所示)由激勵系統和接收系統兩部分構成，對待測材料特性進行檢測。其檢測原理如下
圖I左邊是鋼管，根據鐵磁性物質的磁致伸縮效應，當其被外加磁場磁化時，其長度和體積均發生改變，即產生磁致伸縮應變，從而激發彈性導波，用如下式子表示
HxJ) =(O/00為脈衝發生器輸出的信號，X為傳播方向的距離，彈性導波傳播的時間為I , cJ,為此彈性導波的相速度。對uOM)進行關於時間t的頻譜分析
權利要求
1.本發明設計一種基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器；該發明包括激勵系統和接收系統兩部分；其特徵為 所述的激勵系統使體磁性物質發生磁致伸縮應變，產生彈性導播； 所述的接收系統通過接收線圈中電壓的變化量檢測出待測材料中是否存在腐蝕、裂紋、破損等缺陷； 所述的激勵系統由鐵磁性材料、激勵線圈、磁化線圈、電源、脈衝發生器、功率放大器六部分構成； 所述的接收系統由接收線圈、器皿、預放大電路、濾波電路、A/D轉換、數據處理和顯示七部分構成。
2.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的鐵磁性材料為鋼或鐵，形狀為圓筒形、直筒形以及其他不規則形狀。
3.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的激勵線圈為均勻繞在鐵磁性材料上的銅線。
4.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的磁化線圈為均勻繞在激勵線圈上的銅線。
5.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的電源為直流電源；直流電源為磁化線圈提供恆定的、穩定的電流。
6.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的脈衝發生器為激勵線圈輸入連續的脈衝。
7.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的接收線圈為均勻繞在器皿上的銅線。
8.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的器皿，其封裝材料為鋁；密封材料為丁晴橡膠，形狀為圓形、方形、三角形以及其它不規則形狀。
9.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的預放大電路為運算放大器電路、場效應管放大電路或者三極體放大電路，放大倍數在5 10倍。
10.根據權利要求I所述的基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器，其特徵是所述的數據處理可以為單片機數據處理系統、DSP數據處理系統、ARM數據處理系統或者虛擬儀器數據處理系統。
全文摘要
基於在先技術只能測量鐵磁性材料缺陷的不足，本發明設計出一種基於磁流變脂磁致伸縮效應的材料特性傳感器。本發明由激勵系統和接收系統構成。將激勵系統和接收系統分別放在待測材料的兩端，激勵系統在脈衝發生器的作用下，產生彈性導波，彈性導波經被測量材料傳播到接收系統。接收系統中磁流變脂被磁化時具有磁致伸縮效應，導致內部磁感應強度發生改變，並轉化為電壓信號輸出。本發明的優點在於設計了穩定的信號激勵及高速數據採集系統，加強了信號的抗幹擾設計，提高了傳感器的應用範圍，測量精度非常高，測量範圍大。把磁流變脂的磁致伸縮效應應用於傳感器設計領域是一次新的嘗試，對它的研究具有非常重要的實用價值。
文檔編號G01N27/82GK102778500SQ201110118499
公開日2012年11月14日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者何國田, 冉迎春, 劉雲傑, 宋莉, 張德勝, 戴鵬飛, 李明, 王松, 谷明信, 馬燕 申請人:重慶師範大學