一种四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器的制造方法
【专利摘要】一种四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器，属于磁芯传感器。方案：1、母合金锭制作：首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份称量原料，将原料混合，置于高频感应熔炼炉中，抽真空至低于5×10-5Pa，然后再充入保护气体，气压为600mbar，在反应炉中熔化；熔炼、凝固、翻转，反复4次，在铜模内快速冷却成型，得到母合金锭；2、制作U型块体非晶合金棒：将冷却至室温的母合金锭从熔炼炉中取出，除掉表面杂质，置于酒精中清洗后，破碎成小块；将小块合金装入下端开口的石英玻璃管中，抽真空至低于10-3Pa后充入氩气，利用压力差将熔融的合金液喷入至铜模中，得到U型块体非晶合金棒。该磁芯可以实现磁性支护设备应力状态的精确测量，大大减低激励电流、减小能耗。
【专利说明】—种四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种磁芯传感器，特别是一种四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器。
技术背景
[0002]传感技术是现代信息技术的三大基础之一，而传感器作为获取信息的工具，是各种仪器仪表和自动化设备的基础。传感器技术中，敏感元件是关键，它的基本性能取决于相应的敏感材料。在磁场探测方面，过去很长一段时间里使用的都是铁氧体、电工纯铁或硅钢合金，但都有各自不同的缺陷。铁氧体磁芯通常利用粉末热轧成型，磁芯强度低、易损坏；电工纯铁或硅钢合金磁芯通常利用切削加工成型，浪费严重、复杂器件难以加工，容易腐蚀生锈。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种性能优异、操作简便、切实可行的四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器。
[0004]本发明的目的是这样实现的:该磁芯传感器包括:软磁材料磁芯制作及磁测应力传感器制作；
[0005]软磁材料磁芯制作:
[0006](I)、母合金锭制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同种类元素的原子百分比换算成质量百分比称量，称量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Υ、7.6430%的Nb,所述的Fe,Nb,B和Y的纯度均为99.99mass%;将铁Fe、铌Nb,硼B及钇Y混合，将混合后的合金原料置于高频感应熔炼炉中，抽真空至低于5X 10_5Pa，然后再充入保护气体氩气，气压为600mbar，在反应炉中熔化，随室温降温凝固、然后利用仪器的机械臂翻转冷却后的合金锭、再次进行熔炼、反复四次，冷却成型后得到母合金锭；
[0007](2)、制作U型块体非晶合金棒:
[0008]将冷却至室温的母合金锭从熔炼炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成小块；
[0009]将小块合金装入下端开口的石英玻璃管中，然后置于铸造设备的感应线圈中，抽真空至低于KT3Pa后充入适量氩气，利用压力差将熔融的合金液喷入预先放置的铜模中，铸造得到U型块体非晶合金棒；
[0010](3)、对母合金锭非晶合金性质的检定:
[0011]用单棍快淬法制备铁基非晶合金带材:铜棍转速为35?40m/s,压差为200?300mbar，石英管口与铜辊间距为0.7mm ;加热母合金锭熔融至表面抖动的一刹那，瞬间将合金溶液喷出，制备出宽I?2mm,厚20?30 μ m的非晶合金条带；
[0012]条带宽1-1.5mm,厚20-30 μ m, U型棒两臂长15mm,底部半圆曲率半径0.5mm,物相检测采用Cu靶Ka放射X射线衍射仪(XRD，Bruker D8 Advance)，热力学参数采用差示扫描量热仪(DSC，NETZSCH DSC404C)，升温速率40K/min。条带和U型棒材的XRD和DSC曲线比较；去应力退火采用等温热处理方法，仪器选用上海宜丰电炉有限公司生产的YFFK型管式退火炉；样品饱和磁感应强度采用振动样品磁强计(VSM，Lake Shore7410)测试，最大磁场可达800kA/m,条带的矫顽力采用Riken Denshi公司直流B-H仪测量。
[0013]四极磁测应力传感器制作:
[0014]首先利用金刚石切IllJ机将制备出的U型棒材两端切齐；然后用漆包线在U型棒两臂分别缠绕制线圈，线圈绕向保证单臂上电流叠加，U型棒两端极性相反；加热保温及加压将两个绕有线圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂纸打磨将探测器四脚磨出并保证平面与臂垂直，打磨探测面以保证端面平滑。
[0015]有益效果，由于采用了上述方案，利用软磁性能优异的新型铁基金属玻璃材料一次成型制备出铁基金属玻璃块材，由于铁基金属玻璃具有机械特性理想、磁学性能可调控等优点，非常适合用作敏感元件。然后通过将这些块材进行组合、绕制漆包线制备出可进行应力磁性材料的传感器磁芯。从而简化应力测量的步骤，提高测量精度，推动铁基金属玻璃新材料的应用。
[0016]铁基块体金属玻璃是一类新型金属软磁材料，它具有优异软磁特性、制备工艺相对简单、耐磨耐腐蚀，是理想的传感器材料。
[0017]优点:
[0018]该传感器采用的磁芯具有较高的饱和磁化强度、低矫顽力、高磁导率等优异软磁特性，且灵敏度高、能耗小，耐磨耐腐蚀，制备方法简单环保。本发明采用铜模铸造成型、镶嵌磁芯和手工绕制铜线结合的方法制备。该磁芯传感器可以实现磁性支护设备应力状态的精确测量，大大减低激励电流、减小能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明的U型Fe68B23Nb4Y5磁芯和非晶条带的XRD和DSC曲线比较。
[0020]图2为本发明的U型Fe68B23Nb4Y5磁芯和非晶条带的磁性能比较。
[0021]图3为本发明的四磁极磁测的磁芯传感器结构图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过实施例1对本发明进行具体说明。
[0023]该磁芯传感器包括:软磁材料磁芯制作及磁测应力传感器制作；
[0024]软磁材料磁芯制作:
[0025](I)、母合金锭制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同种类元素的原子百分比换算成质量百分比称量；称量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Y、7.6430%的Nb,所述的Fe、Nb、B和Y的纯度均为99.99mass% ;将铁Fe、铌Nb，硼B及钇Y混合，将混合后的合金原料置于日本真壁技研株式会社生产的小型高频感应熔炼炉(VF-HMF100)中，抽真空至低于5 X 10_5Pa，然后再充入保护气体氩气气压为600mbar，在反应炉中熔化，随室温降温凝固、然后利用仪器的机械臂翻转冷却后的合金锭、再次进行熔炼、反复四次，冷却成型后得到母合金锭；
[0026](2)、制作U型块体非晶合金棒:
[0027]将冷却至室温的母合金锭从熔炼炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成小块；
[0028]将小块合金装入下端开口的石英玻璃管中，然后置于铸造设备的感应线圈中，抽真空至低于10_3Pa后充入适量氩气，利用压力差将熔融的合金液喷入预先放置的铜模中，铸造得到直径3_的U型块体非晶合金棒；
[0029](3)、对母合金锭非晶合金性质的检定:
[0030]用单棍快淬法制备铁基非晶合金带材:铜棍转速为35?40m/s,压差为200?300mbar，石英管口与铜辊间距为0.7mm ;加热母合金锭熔融至表面抖动的一刹那，瞬间将合金溶液喷出，制备出宽I?2mm,厚20?30 μ m的非晶合金条带。
[0031]条带宽1-1.5mm,厚20-30 μ m,U型棒两臂长15mm,底部半圆曲率半径0.5mm,物相检测采用Cu靶Ka放射X射线衍射仪(XRD，Bruker D8 Advance)，热力学参数采用差示扫描量热仪(DSC，NETZSCH DSC404C)，升温速率40K/min。条带和U型棒材的XRD和DSC曲线比较。去应力退火采用等温热处理方法，仪器选用上海宜丰电炉有限公司生产的YFFK型管式退火炉。样品饱和磁感应强度采用振动样品磁强计(VSM，Lake Shore7410)测试，最大磁场可达800kA/m,条带的矫顽力采用Riken Denshi公司直流B-H仪测量。
[0032]四极磁测应力传感器制作:
[0033]首先利用金刚石切IllJ机将制备出的U型棒材两端切齐；然后用一根直径约0.3mm的漆包线在U型棒两臂分别缠绕制55匝的线圈，线圈绕向保证单臂上电流叠加，U型棒两端极性相反；采用金相试样镶嵌机(XQ-1)，选用透明色镶嵌料，经加热保、温及加压过程，将两个绕有线圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂纸打磨将探测器四脚磨出并保证平面与臂垂直，W5.0砂纸打磨探测面以保证端面平滑。
[0034]实施例1:
[0035]按照名义成分Fe68B23Nb4Y5(原子百分比)制备母合金，根据换算的重量百分比分别称取高纯元素 Fe (99.99mass% ) ,Nb (99.9mass% ) ,B (99.5mass% )及 Y(99.99mass% )混合，采用日本真壁技研株式会社生产的小型高频感应熔炼炉(VF-HMF100)，在Ar气保护下进行母合金熔炼。直径3mm的U型棒材利用图2铜模进行铸造得到。条带采用单辊甩带法制备(用于比较)，仪器均采用日本真壁技研株式会社生产的熔体快淬铸造设备(VF-RQB20)，条带宽1-1.5mm,厚20-30 μ m, U型棒两臂长15_，底部半圆曲率半径0.5mm,物相检测采用Cu靶Ka放射X射线衍射仪(XRD，Bruker D8 Advance)，热力学参数采用差示扫描量热仪(DSC，NETZSCHDSC404C)，升温速率40K/min。条带和U型棒材的XRD和DSC曲线比较。去应力退火采用等温热处理方法，仪器选用上海宜丰电炉有限公司生产的YFFK型管式退火炉。样品饱和磁感应强度采用振动样品磁强计(VSM，Lake Shore7410)测试，最大磁场可达800kA/m,条带的矫顽力采用Riken Denshi公司直流B-H仪测量。采用金刚石切割机将U型棒材两端切齐，选用一根直径约0.3mm的Cu漆包线，在U型棒两臂分别缠绕55匝，线圈绕向保证单臂上电流叠加，U型棒两端极性相反。采用金相试样镶嵌机(XQ-1)，选用透明色镶嵌料，经加热保温及加压过程将两个绕有线圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂纸打磨将探测器四脚磨出并保证平面与臂垂直，W5.0砂纸打磨以保证探测面平滑。
【权利要求】
1.一种四探头铁基金属玻璃磁测应力的磁芯传感器，其特征是:该磁芯传感器包括:软磁材料磁芯制作及磁测应力传感器制作； 软磁材料磁芯制作: .(1)母合金锭制作:首先按合金分子式Fe68B23Nb4Y5的合金成份,按合金不同种类元素的原子百分比换算成质量百分比称量，称量5.1139%的B、78.1006%的Fe、9.1424%的Y、7.6430%的Nb,所述的Fe、Nb、B和Y的纯度均为99.99mass% ;将铁Fe、铌Nb，硼B及钇Y混合，将混合后的合金原料置于高频感应熔炼炉中，抽真空至低于5 X 1-5Pa,然后再充入保护气体氩气，气压为600mbar，在反应炉中熔化，随室温降温凝固、然后利用仪器的机械臂翻转冷却后的合金锭、再次进行熔炼、反复四次，冷却成型后得到母合金锭； .(2)制作U型块体非晶合金棒: 将冷却至室温的母合金锭从熔炼炉中取出，用砂轮打磨掉表面杂质，置于酒精中用超声波清洗后，破碎成小块； 将小块合金装入下端开口的石英玻璃管中，然后置于铸造设备的感应线圈中，抽真空至低于KT3Pa后充入氩气，利用压力差将熔融的合金液喷入预先放置的铜模中，铸造得到U型块体非晶合金棒。 四极磁测应力传感器制作: 首先利用金刚石切割机将制备出的U型棒材两端切齐；然后用漆包线在U型棒两臂分别缠绕制线圈，线圈绕向保证单臂上电流叠加，U型棒两端极性相反；加热、保温及加压将两个绕有线圈的U型棒朝向一致90°交叉固定，采用砂纸打磨将探测器四脚磨出并保证平面与臂垂直，打磨探测面以保证端面平滑。
【文档编号】G01L1/12GK104198094SQ201410439206
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】刘海顺, 杨卫明, 侯龙, 薛琳, 赵玉成, 窦林名 申请人:中国矿业大学