预压型磁致伸缩力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于磁致伸缩拉压力传感器技术领域，特别涉及一种预压型磁致伸缩力传感器。
【背景技术】
[0002]磁致伸缩材料作是制造力传感器的3大智能材料(压电材料、形状记忆合金、磁致伸缩材料)之一。
[0003]压电式力传感器的测量是基于压电材料的压电效应进行的，即当压电材料受到应力的作用时，压电板的两侧会聚集异号电荷，通过测量压电板两侧的电压差便可以得知外加力的大小。因此压电材料可以对动态载荷进行测量，无法对静态和准静态的载荷进行测量。同时，压电材料比较脆，无法承受较大的载荷，无法用于力很大的场合。这大大的限制了压电材料的应用。
[0004]形状记忆合金具有变形恢复的特点。形状记忆合金在加热状态会呈现两种不同的相结构。并且这种过程通过温度的循环可以反复获得，用这两种形状记忆效应获得的应变比简单的热膨胀要大很多。形状记忆合金在低频和大行程驱动方面有显著优点，由于其受温度控制，这大大地限制了它的应用。
[0005]本实用新型针对现有的不足，提出了一种以磁致伸缩材料为敏感元件的磁致伸缩传感器。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种结构简单、工作可靠、能较好的实现对静态、准静态以及交变载荷的测量的预压型磁致伸缩力传感器。
[0007]本实用新型所采用的技术方案为:一种预压型磁致伸缩力传感器，包括底座和安装在底座上的外壳，所述外壳内壁与底座之间围合形成安装腔，其特征在于:在安装腔中设置有下部永磁体、弹簧、输出轴、上部永磁体、磁致伸缩棒，磁致伸缩棒的下端与底座连接，上端与输出轴相连，所述弹簧套装在磁致伸缩棒外，并抵接在下部永磁体与输出轴之间，所述上部永磁体设置在输出轴与外壳之间，在磁致伸缩棒上设有感应线圈、电阻应变片、霍尔传感器，其中，上部永磁体和下部永磁体相对面的极性相反，以提供偏置磁场。
[0008]按上述技术方案，所述弹簧的外壁紧贴安装腔内壁，在初始状态，弹簧处于压缩状态，为整个结构施加一定的预应力。
[0009]按上述技术方案，在输出轴的下端设置有凸缘，所述上部永磁体套装在输出轴上，并抵接在安装腔与凸缘之间。
[0010]按上述技术方案，所述磁致伸缩棒的两端分别与输出轴和底座螺纹连接。
[0011 ]按上述技术方案，弹簧的中心孔的孔径大于磁致伸缩棒的外径，使弹簧与磁致伸缩棒之间存在间隙，利用该间隙在磁致伸缩棒上粘贴有霍尔传感器、电阻应变片以及缠绕有感应线圈。
[0012]本实用新型所取得的有益效果为:本实用新型结构简单、便于组装，可以对静态力、动态力进行检测，尤其是能够对方向交变、大小随时间变化的拉压型负载进行连续的测量，还可以实现多变量的同步采集，同时，磁致伸缩材料具有较高的居里温度，能有效的避免温度对测量结果产生的影响。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的结构图。
[0014]其中:1、底座，2、下部永磁体，3、弹簧，4、输出轴，5、上部永磁体，6、外壳，7、磁致伸缩棒，8、霍尔传感器，9、感应线圈，10、电阻应变片。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0016]如图1所示，本实施例提供了一种预压型磁致伸缩力传感器，包括底座1和采用螺栓连接在底座上的外壳6，底座1与外壳6形成了一个封闭式的安装腔，能够有效的减少整个结构产生的磁泄漏。同时，底座1与外壳6均采用导磁性能较好的电工纯铁制造而成，从而能够实现磁场的传导。在安装腔中设置有下部永磁体2、弹簧3、输出轴4、上部永磁体5、磁致伸缩棒7，磁致伸缩棒7的两端分别与输出轴4和底座1螺纹连接，在磁致伸缩棒7外套装有弹簧3，弹簧3的外壁紧贴安装腔内壁，其中，上部永磁体5和下部永磁体2均呈环状，下部永磁体2套装在底座1的中心安装座上，弹簧3设置在下部永磁体2和输出轴4之间，在初始时刻，弹簧3处于压缩状态，它会对下部永磁体2和输出轴4均施加一定大小的力，从而保证下部永磁体2的位置不发生变化。在输出轴4的下端设置有凸缘，所述上部永磁体5套装在输出轴4上，并抵接在安装腔与凸缘之间。其中，上部永磁体5和下部永磁体2的极性相反，从而给整个结构施加偏置磁场，底座、磁致伸缩棒、输出轴和外壳形成了一个完整的磁回路，便于磁场的传导。弹簧3的中心孔的孔径大于磁致伸缩棒7的外径，使弹簧3与磁致伸缩棒7之间存在间隙，利用该间隙在磁致伸缩棒上粘贴有霍尔传感器8、电阻应变片10以及缠绕有感应线圈9。
[0017]在安装腔内，磁致伸缩棒7充当整个结构的核心，由于磁致伸缩棒7两端分别与底座1和输出轴4固定连接。外加载荷通过输出轴4就能较好的传递到磁致伸缩棒7上。同时在测量过程中，由于底座1是固定的，这样里载荷就能较好的作用在磁致伸缩棒7上，使该力传感器可以对静态、准静态和交变载荷进行测量。
[0018]本实施例中，可以将感应线圈9两端直接连入NI数据采集卡，测量感应线圈9两端产生的感应电压;还可以将感应线圈9两端接入磁通计，最后连入NI数据采集卡，从而来测量磁致伸缩棒7上的磁感应强度的大小。通过将电阻应变片10两端的引线接入到应变仪，后接进NI数据采集卡，从而可以实现对磁致伸缩棒7上的应变的测量。霍尔传感器8的引线一部分与电源连接给其通电，另外一部分连入NI数据采集卡，采集上部永磁体5和下部永磁体2给整个结构施加的偏置磁场的大小。最后，将NI数据采集卡测量到的所有信号输入到PC电脑，从而实现对实验数据的读取，从而获得外加负载的大小与方向。
[0019]本实用新型结构简单，加工成本低，安装方便可靠，且便于搬运，能对静态、准静态和交变载荷进行连续测量，具有较好的应用前景。
【主权项】
1.一种预压型磁致伸缩力传感器，包括底座和安装在底座上的外壳，所述外壳内壁与底座之间围合形成安装腔，其特征在于:在安装腔中设置有下部永磁体、弹簧、输出轴、上部永磁体、磁致伸缩棒，磁致伸缩棒的下端与底座连接，上端与输出轴相连，所述弹簧套装在磁致伸缩棒外，并抵接在下部永磁体与输出轴之间，所述上部永磁体设置在输出轴与外壳之间，在磁致伸缩棒上设有感应线圈、电阻应变片、霍尔传感器，其中，上部永磁体和下部永磁体相对面的极性相反，以提供偏置磁场。2.根据权利要求1所述的一种预压型磁致伸缩力传感器，其特征在于，所述弹簧的外壁紧贴安装腔内壁，在初始状态，弹簧处于压缩状态，为整个结构施加一定的预应力。3.根据权利要求1或2所述的一种预压型磁致伸缩力传感器，其特征在于，在输出轴的下端设置有凸缘，所述上部永磁体套装在输出轴上，并抵接在安装腔与凸缘之间。4.根据权利要求1或2所述的一种预压型磁致伸缩力传感器，其特征在于，所述磁致伸缩棒的两端分别与输出轴和底座螺纹连接。5.根据权利要求1或2所述的一种预压型磁致伸缩力传感器，其特征在于，弹簧的中心孔的孔径大于磁致伸缩棒的外径，使弹簧与磁致伸缩棒之间存在间隙，利用该间隙在磁致伸缩棒上粘贴有霍尔传感器、电阻应变片以及缠绕有感应线圈。
【专利摘要】本实用新型公开了一种预压型磁致伸缩力传感器，包括底座和安装在底座上的外壳，所述外壳内壁与底座之间围合形成安装腔，其特征在于：在安装腔中设置有下部永磁体、弹簧、输出轴、上部永磁体、磁致伸缩棒，磁致伸缩棒的下端与底座连接，上端与输出轴相连，所述弹簧套装在磁致伸缩棒外，并抵接在下部永磁体与输出轴之间，所述上部永磁体设置在输出轴与外壳之间，在磁致伸缩棒上设有感应线圈、电阻应变片、霍尔传感器，其中，上部永磁体和下部永磁体相对面的极性相反，以提供偏置磁场。本实用新型结构简单、便于组装，可以对静态力、动态力进行检测，尤其是能够对方向交变、大小随时间变化的拉压型负载进行连续的测量，还可以实现多变量的同步采集。
【IPC分类】G01L1/12
【公开号】CN205120279
【申请号】CN201520919330
【发明人】李波, 李鹏辉, 舒亮, 张鸿翔, 何君, 黄丕帅
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月18日