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1、云南大学学报(自然科学版),2005,27(5A):556～560CN53-1045/NISSN0258-7971JournalofYunnanUniversity大磁致材料磁致伸缩参数自动测量仪的研制王乃丹,龙北玉,吴汉华,唐元广,常鸿,刘文武(吉林大学物理学院,吉林长春130021)摘要:主要介绍了自制新型的微位移传感器的结构;利用该传感器,8031单片机,高速14位A/D转换器(MAX125)和交流桥式应变仪等构成了大磁致材料磁致伸缩参数自动测量系统,其测量的重复性和速度比传统的应变法有明显的提
2、高.关键词:传感器;8031单片机;A/D转换器;应变仪中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:0258-7971(2005)5A-0556-05从焦耳发现磁致伸缩现象到20世纪90年代,方法.由于这种方法简便易行,又有足够的灵敏度,-5-6物质的磁致伸缩常数一般只有10～10,因而因此应用最为普遍.它的另外一个优点是能测量样对其使用也只局限于超声换能器方面,而由稀土与品的交流磁致伸缩量.应变片法测量磁致伸缩的原过渡金属的合金或化合物组成的大磁致材料的磁理虽然比较简单,但由于电桥的灵敏度高,在测
3、量-3[1,2]致伸缩常数则特别大(2×10),因而它成了中必须解决以下2个问题:①应变片要与样品贴重要的功能材料之一.它有多种用途,如:有源减好,结合紧密,否则,测量结果会产生较大的误差;振、燃料喷射系统、液体和阀门控制、微定位、机械②消除接触电动势及热电势的影响,对引线的材传动装置、振子和声纳等.最近国外利用这种材料料、长短及焊接均需加以考虑,还要注意减小样品[3]制作的磁致伸缩激光磁强计,其测量磁场的极的温度波动等.国内对于大磁致材料的磁致伸缩系-6-6限灵敏度为160.5×10A/m(～2×1
4、0Oe),可数λ的测量大多采用此法,1996年我们采用该法作为人体磁场的监视和检测.国外对于该材料的应为北京科技大学新金属材料国家重点实验室制作用已经很广泛,但国内尚处于起步阶段,除了对该了当时国内第一台交直流磁致伸缩系数自动测量材料的研制开发比较晚之外,另一个主要的原因是仪,但由于该法是将应变片直接粘贴在样品上,一对该材料的测量技术跟不上.对于磁致伸缩系数的方面粘贴的紧密程度直接影响该法的测量准确性,[4,5][6]测量大致有光干涉法,机械光杠杆法和应变另一方面每测量一个样品需要几只应变片,测量的电
5、阻法3种.光的干涉法测量灵敏度高(当样品长费用较高(每只应变片约5元),而且由于被测样品-6为10cm时,磁致伸缩系数λ的分辨率可达10各部分磁致伸缩量的非均匀性,会导致不同粘贴点数量级),但样品的安装及光路调整和干涉条纹的的测量结果不一致,不能反应出样品的整体性能,记数都很不方便,不适于自动测量.机械光杠杆法因此相继有许多的用户要求对此法进行改进.但由只适合于测量线状样品,而且样品的安装也不方于大多数传统的微位移传感器(如涡流微位移传感便,对环境的要求也较严格,同样不能适合于快速器及我们实验室曾经研
6、制出分辨率为1μm量级的自动测量.光的干涉法和机械光杠杆法还有一个共微位移传感器等)都不能在磁场中正常工作,虽然同的弱点就是都不适合交流磁致伸缩量的测量.应可以采用机械杠杆的方法将这种大磁致伸缩材料变片法是一种将磁致伸缩形变用应变电阻转换为在磁场中的伸缩量转移到空气中来进行测量,但由电阻的变化,通过测量电阻的变化从而测定λ的于这种样品在测量过程中一般需要外加一定的压收稿日期:2005-06-24作者简介:王乃丹(1971-),女,工程师,主要从事电子技术应用方面的研究.第5A期王乃丹,等:大磁致材料磁
7、致伸缩参数自动测量仪的研制557力(1～20Mpa),这种情况下,前述的机械杠杆方量的要求.整个传感器由非导磁材料制成.法就行不通,经过长时间的摸索,我们终于研制出2大磁致材料磁致伸缩系数自动测量仪的可用于测量大磁致伸缩材料的微位移传感器.用它结构所制作的大磁致材料磁致伸缩参数自动测量系统具有测量速度快,重复性好,测量费用低等优点.本测量仪的整体结构如图2所示,它由电磁铁(或水冷式螺线管),电磁铁电源,交流桥式应变仪,1应变式微位移传感器的结构及特点自制特斯拉计,显示板,数据采集板,微机及打印机应变式
8、微位移传感器的结构如图1所示.它由等组成.其中电磁铁功率3kW,极面直径Ф100敏感轴接触被测位置,当被测位置有位移发生时,mm,气隙200mm时,磁场强度优于3000奥斯特;则该敏感轴将被测位置处发生的位移量传到由灵电磁铁电源采用自制双极性的大功率开关电源;交铜片制成的悬臂梁上(25mm×8mm×1mm),使流桥式应变仪采用上海华东电子仪器厂生产的该悬臂梁的形态发生变化,由形变发生应变,应变DY-16型双通道动态应变仪加以改制而成,之所信号通过粘贴在梁
