威德曼效应弹性波位移传感器.pdf

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1、2013年仪表技术与传感器2013第12期InstrumentTechniqueandSensorNo．12威德曼效应弹性波位移传感器鲍丙豪，苏勇雪(江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013)摘要：根据铁镍合金具有较高的磁致伸缩系数及优良的机械性能，研制了一种基于铁镍合金材料威德曼效应的位移传感器。通过测量铁镍合金波导丝中激励脉冲信号与弹性波信号间的时间差而获得活动永磁的位移量。设计了传感器的脉冲激励电流发生电路及检测线圈感应信号处理电路，给出了实验结果并对其进行了分析。结果表明：铁镍合金弹性波位移传感器具有良好的线性度以及较高的灵敏度和测量精度

2、。关键词：威德曼效应；铁镍合金；弹性波位移传感器中图分类号：TH89文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)12—0009—03ElasticWaveDisplacementSensorBasedonWiedemannEfectBAOBing—hao，SUYong—xue(SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：AccordingtOhighmagnetostrictionandexcellentmechanicalc

3、haractersoftheFe-Nialloy，akindofdisplacementsensorbasedonFe-Nialloymaterial’SWiedemanneffectwasdeveloped．Itcangetthepermanentmagnet’Sdisplacementtotestcoilbymeasuringthetimedelaybetweenincentivepulsesignalsandelasticwavesignals．Thepulseexcitationcurrentgeneratingandtestcoilind

4、uctionsignalprocessingcircuitsofthesensorwerealsodesigned，theexperimentalresultsweregivenandanalyzed．TheresultsshowthattheFe-Nialloyelasticwavedisplacementsensorpossessesgoodlinearity，highsensitivityandmeasurementaccuracy-Keywords：Wiedemanneffect；Fe-Nialloy；elasticwavesdisplac

5、ementsensor0引言圈处的弹性波转换成电势能，经过检测线圈信号处理电路实现近些年来，弹性波移传感器以其精度高、有效传递距离远、对激励脉冲信号与弹性波之间时间差值的测量，并在示波器上非接触式测量、可靠性高且能适应恶劣环境等优点而被广泛应显示。用于各个领域⋯。威德曼效应弹性波位移传感器也称为磁致伸缩位移传感器，它是通过测量弹性波在波导丝上的传播时间来确定位移量的。铁镍合金具有价格低、磁性能优良、强度高、韧性好很适合加工成细丝状等优点。因此，研究以铁镍合金为波导丝的磁致伸缩位移传感器具有重要的实际应用价值。这里设计的磁致伸缩位移传感器以长度约为1

6、．5m的铁镍合金为波导丝，将激励模块产生的脉冲信号加载到波导丝上产生超声波然后通过信号接收处理模块检测弹性波的传播时间，最终将时间差转换成位移量。1弹性波位移传感器原理及装置设计传感器基本工作原理如图1所示。工作时，激励模块产生图1传感器工作原理图足够强度的脉冲电流信号，加载到铁镍合金上，电流，沿着波2位移测量原理导丝传播时产生环绕波导丝的周向磁场，当该磁场传播到时间差示意图如图2所示。位移的检测是通过计算弹性活动永磁铁处时将与活动永磁产生的轴向磁场叠加，形成波从磁铁到检测线圈的传播时间△z来实现的，设弹性波传播一个螺旋形的合成磁场。根据威德曼效应

7、，铁镍合金材料速度为，则永久磁铁到线圈的距离为：同时受到轴向和周向磁场的影响，这两种磁场共同作用从而使L-V×At=×At铁镍材料的磁畴排列发生改变，由此产生的磁致伸缩就形成了式中：为活动永磁铁到检测线圈的距离；为弹性波在铁镍合铁镍合金材料宏观上的扭转从而在磁场叠加处产生弹性波并金上的传播速度；G为材料的弹性模量；p为材料的密度；At为以超声波形式向波导丝两端传播J。检测线圈将传播到线激励脉冲与返回脉冲的时间差。材料的弹性模量和密度是一定的，因此位移量只与时间差收稿日期：2012—12—25收修改稿日期：2013—07—12成正比关系J。