本发明公开一种阵列式磁弹性传感器。
背景技术：
1、磁弹性传感器凭借其非接触，低成本和易加工等优势在经过表面修饰后可应用于材料属性(液体或者气体的温度，密度和粘度)，化学元素(包括氮气，氨气，二氧化碳浓度)和生物成分(包括葡萄糖、大肠杆菌和胰岛素)的检测，为环保检验，工业生产和生物医疗诊断等众多场景提供技术支撑。通过一定耐久性设计后，磁弹性传感器也可用于过程监控，比如体外凝血过程或者牛奶以及豆浆等食品原料的变质过程。综上所述，磁弹性传感器使用广泛，在众多领域具有显著的应用价值。
2、磁弹性传感器由敏感元件，激励线圈，感应线圈，偏置磁场线圈或者永磁体组成。敏感元件通常由磁致伸缩材料构成，在激励线圈产生的动态磁场和偏置磁场线圈或者永磁体提供的静态磁场共同作用下，敏感元件由于磁致伸缩效应而产生的高频振动。同样地，由于磁致伸缩逆效应，敏感元件上机械振动的变化而生成的感应磁场也能够被感应线圈接收到。当激励线圈中加载宽频的电流脉冲时，敏感元件通常在谐振频率下工作，而敏感元件形状、质量或者材料属性的改变都会造成谐振频率的偏移或者振动幅值的变化。现有的磁弹性传感器一般都工作于一阶谐振频率点。一阶谐振频率一般都比较低，使磁弹性传感器对于微弱的外界变化敏感性不足，此外，一阶谐振频率对于的振动模态存在位移为零的区域，这些区域就成为了检测过程中的盲区。
3、为了提高工作频率，现有的主要手段为减小传感器尺寸和优化传感器形状。磁弹性传感器的敏感元件一般为长方形带材结构，一阶谐振频率反比与带材长度，因此通过减少带材长度可以提高一阶谐振频率，但是随着尺寸的减少，工艺难度显著增加，且加工过程中造成的参与应力和边缘毛刺都会对谐振频率造成影响，降低检测重复性。文献《enhancedmass sensitivity in novel magnetoelastic resonators geometries for advanceddetection systems》提出在保持传感器尺寸的基础上，优化敏感元件的形状同样能够提高一阶谐振频率，包括把长方形带材加工成三角型或者箭头型。文献《theoretical andexperimental analysis of novel rhombus shaped magneroelastic sensors withenhanced mass sensitivity》建议将敏感元件加工成菱型。然而，这些异型结构敏感元件的一阶谐振频率改善不显著，且如果仅工作在一阶谐振点，盲区问题仍无法解决。磁弹性传感器的高阶谐振点频率是一阶谐振频率的数倍，其敏感程度远优于一阶谐振点，且高阶谐振模态的盲区位置不重叠，同时激励多种谐振模态即可保证敏感元件上所有位置都存在振动位移，从而解决盲区问题，然而，目前尚无基于磁弹性传感器激励纯净高阶谐振模态的有效方法。通过增强偏置磁场能够激励出高阶模态，但是仍存在低阶模态且幅值不可控。
技术实现思路
1、本发明意为克服磁弹性传感器由于一阶谐振工作频率较低而敏感性不足且存在检测盲区的问题，实现纯净高阶谐振模态的激励和多谐振模态同时激励过程中的幅值调控，提高磁弹性传感器的检测灵敏度并消除检测盲区。
2、本发明采用以下技术方案：
3、一种阵列式磁弹性传感器，包括敏感元件，线圈阵列，容器，和偏置磁场结构，所述线圈阵列由独立的线圈一、线圈二、线圈三…、线圈m串联安装而成，每个线圈的线径，尺寸和绕线方向都相同，每个线圈中的信号独立加载而产生不同分布的动态磁场；所述偏置磁场结构提供一个稳定的静态磁场；所述敏感元件在动态磁场和静态磁场的共同作用下由于磁致伸缩效应产生机械振动；所述容器置于线圈内部，所述敏感元件和待测对象装载在所述容器之内，两端通过堵头和堵头封堵。
4、进一步地，所述敏感元件工作在谐振频率点，其谐振频率与振动幅值与待测对象的密度与粘度相关。
5、进一步地，所述线圈阵列中的线圈为螺线管线圈或平面线圈，阵列总长度与敏感元件长度一致。
6、进一步地，所述敏感元件为磁致伸缩材料，包括但不限于铁、镍、铁钴镍合金和铁基非晶带材，其形状为细长型结构，包括但不限于长方形薄带，三角形薄带、棱形薄带、圆柱体和空心圆柱体。
7、进一步地，所述的敏感元件和线圈阵列保持贴近，当线圈阵列为螺线管线圈阵列时，敏感元件位于线圈阵列中心轴；当线圈阵列为平面线圈阵列时，敏感元件紧贴线圈阵列。
8、本发明还提出利用以上所述的一种阵列式磁弹性传感器实现的纯净高阶谐振模态及多谐振模态同时激励的方法，具体为：
9、线圈阵列中线圈个数为m，依次编号为线圈一、线圈二、线圈三…、线圈m，线圈阵列的总长度为l，因此单个线圈的长度为当激励纯净第k阶高阶谐振模态时；线圈j中加载的脉冲信号为其中ak为一级幅值调制参数，取值范围为0到1之间，在纯净模态激励时，为二级幅值调制参数；p(t)为宽频尖脉冲信号；
10、当同时激励n种谐振模态时，若o为阶次序列，包含所有待激励谐振模态的阶次，则线圈j中加载的脉冲信号为ai用于调制各种模态的幅值比例，其数值根据实际应用情况确定。
11、本发明的有益效果是：
12、本发明能使磁弹性传感器工作在高阶谐振频率点，从而有效提高检测灵敏度，并通过同时激励多种谐振模态，消除敏感元件的工作盲区。
1.一种阵列式磁弹性传感器，其特征在于：包括敏感元件，线圈阵列，容器，和偏置磁场结构，所述线圈阵列由独立的线圈一、线圈二、线圈三…、线圈m串联安装而成，每个线圈的线径，尺寸和绕线方向都相同，每个线圈中的信号独立加载而产生不同分布的动态磁场；所述偏置磁场结构提供一个稳定的静态磁场；所述敏感元件在动态磁场和静态磁场的共同作用下由于磁致伸缩效应产生机械振动；所述容器置于线圈内部，所述敏感元件和待测对象装载在所述容器之内，两端通过堵头和堵头封堵。
2.根据权利要求1所述的一种阵列式磁弹性传感器，其特征在于：所述敏感元件工作在谐振频率点，其谐振频率与振动幅值与待测对象的密度与粘度相关。
3.根据权利要求1所述的一种阵列式磁弹性传感器，其特征在于：所述线圈阵列中的线圈为螺线管线圈或平面线圈，阵列总长度与敏感元件长度一致。
4.根据权利要求1所述的一种阵列式磁弹性传感器，其特征在于：所述敏感元件为磁致伸缩材料，包括但不限于铁、镍、铁钴镍合金和铁基非晶带材，其形状为细长型结构，包括但不限于长方形薄带，三角形薄带、棱形薄带、圆柱体和空心圆柱体。
5.根据权利要求3所述的一种阵列式磁弹性传感器，其特征在于：所述的敏感元件和线圈阵列保持贴近，当线圈阵列为螺线管线圈阵列时，敏感元件位于线圈阵列中心轴；当线圈阵列为平面线圈阵列时，敏感元件紧贴线圈阵列。
6.利用权利要求1所述的一种阵列式磁弹性传感器实现的纯净高阶谐振模态及多谐振模态同时激励的方法，其特征在于，具体为：