表面缺陷对波导丝中的扭转波传播影响研究.pdf

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1、2014年第33卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)11DOI：10．13873／J．1000-9787(2014)08-0011-04表面缺陷对波导丝中的扭转波传播影响研究周泓辰，周翟和，汪炜(1．南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016；2．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：波导丝是磁致伸缩位移传感器的核心元件，其表面质量直接影响传感器的测量精度。为研究波导丝表面质量对检测信号的影响规律，通过建立扭转波在波导丝中传播的力学模型，得到扭转波的波动方程。在此基础上，对2种不同表面状况下波导丝中扭转波的

2、传播开展数值模拟和实验验证。研究结果对今后高精度大量程磁致伸缩位移传感器的研制具有一定参考作用。关键词：磁致伸缩；波导丝；扭转波；数值模拟中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)08-0011-04ResearchoninfluenceofsurfacedeficiencyonpropogationoftorsionalwaveinwaveguidewireZHOUHong．chen，ZHOUZhai—he，WANGWei(1．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityo

3、fAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China；2．CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics．Nanjing210016，China)Abstract：Thewaveguidewireisthekeycomponentofmagnetostrictivedisplacementsensor，itssurfacequalitydirectlyinfluencesmeasurementprecisionofsensor．Inordert

4、Oresearchinfluenceruleofsurfacewaveguidewireondetectingsignal，waveequationisachievedbyestablishingmechanicalmodeloftorsionalwavepropagationinwaveguidewire．Onthisbasis，propagationoftorsionalwaveintwodiferentsurfacequalityofwaveguidewireisinvestigatedbyusingnumericalsimulationandexperimentalverifica

5、tion．ResearchresultshascertainreferenceeffeCtondevelopmentofmagnetostrictivedisplacementsensorwithwide·rangeandhigh—precision．Keywords：magnetostrictive；waveguidewire；torsionalwave；numericalsimulation0引言1磁致伸缩位移传感器的原理作为新型传感器，磁致伸缩位移传感器具有精度高、量磁致伸缩位移传感器是利用威德曼效应研制的传感程大、非接触测量、能在高振动、高温、高压、大粉尘恶劣环器。威德曼效应是指磁

6、化使铁磁材料产生机械应变的境中使用等诸多优点，因而，受到了石油化工、自动控制、航效应。传感器原理如图1所示。空、水利等众多行业的青睐，在我国的工业生产中得到并蝇r淮腓33_砷[t：～了广泛应用。~*冲一fi瞀墒a雌磁致伸缩位移传感器的核心元件是磁致伸缩材料制成的波导丝。作为承载扭转波信号传播的关键介质，波导丝的表面质量直接影响传感器的测量精度。目前，通常采用图1传感器原理图Fig1Principleofsensor实验方法研究波导丝对扭转波信号的影响。敏感元件是一根波导丝[7-9]，波导丝由磁致伸缩材料本文从扭转波传播的波动模型出发，利用ANSYS和Matlab软件对不同表面质量下波导丝中

7、扭转波的传播过程制成。测量过程是由传感器的电子仓产生一个周期性的电进行数值分析，并对结果进行了实验验证，为磁致伸缩位移流脉冲，该电流脉冲在波导丝内传输，从而在波导丝外产生传感器的研究提供了另外一种思路。一个环形磁场u'“。当该磁场与套在波导丝上作为位置收稿日期：2O14_o1_08l2传感器与微系统第33卷变化的活动磁铁产生的轴向平行磁场相交时，两者叠加产即波导丝中扭转波传播的波动方程为生一个螺旋形磁场。由于波导丝的磁致