共振型磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、磁彈性傳感器是一種利用非晶合金帶材制成的新型諧振傳感器，其信號(hào)的激發(fā)和傳送都是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行的。在外加交變磁場(chǎng)中，傳感器受磁場(chǎng)激勵(lì)作用產(chǎn)生磁致伸縮振動(dòng)，當(dāng)交變磁場(chǎng)的頻率與傳感器共振頻率相同時(shí)，傳感器發(fā)生共振，振幅也達(dá)到最大，對(duì)應(yīng)的交變磁場(chǎng)頻率即為傳感器共振頻率。傳感器的共振頻率會(huì)隨著表面質(zhì)量負(fù)載等特性的變化而改變，利用檢測(cè)線圈提取傳感器伸縮振動(dòng)過(guò)程中的磁通變化，通過(guò)外部檢測(cè)裝置測(cè)定響應(yīng)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)傳感器共振特性檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程中傳感器與檢

2、測(cè)裝置之間無(wú)任何連接，是一種完全的無(wú)線無(wú)源傳感器，同時(shí)磁彈性傳感器還具有體積小靈敏度高的特點(diǎn)。磁彈性傳感器的這些優(yōu)點(diǎn)使其在無(wú)損檢測(cè)、在體分析等應(yīng)用領(lǐng)域具有非常廣闊的發(fā)展前景。
　　針對(duì)目前磁彈性傳感器檢測(cè)裝置體積大、操作復(fù)雜等弊端，課題組前期實(shí)現(xiàn)了一套基于阻抗法的集成化共振特性檢測(cè)系統(tǒng)。為了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有檢測(cè)系統(tǒng)，擴(kuò)展系統(tǒng)應(yīng)用范圍，本文利用有限元電磁分析軟件AnsoftMaxwell3D對(duì)磁彈性傳感器的工作磁場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析，

3、在此基礎(chǔ)上提出了滿(mǎn)足傳感器工作需求的磁場(chǎng)提供方案，并設(shè)計(jì)了新型的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)平面螺旋線圈來(lái)提供激勵(lì)磁場(chǎng)，以上這些均給傳感器檢測(cè)系統(tǒng)的性能優(yōu)化和應(yīng)用擴(kuò)展提供了重要的理論參考。
　　同時(shí)本文優(yōu)化了檢測(cè)系統(tǒng)的激勵(lì)線圈和檢測(cè)線圈參數(shù)，并結(jié)合優(yōu)化的螺線管線圈在阻抗分析儀平臺(tái)上完成了傳感器最佳電磁激勵(lì)參數(shù)的測(cè)試。根據(jù)測(cè)得的參數(shù)需求，設(shè)計(jì)了基于模塊化思想的磁彈性傳感器共振特性檢測(cè)系統(tǒng)方案。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以功能相關(guān)分析為主劃分的硬件功能模塊，利用基礎(chǔ)電

4、路板上的標(biāo)準(zhǔn)化電路接口擴(kuò)展連接功能模塊，從而將磁彈性傳感器共振特性檢測(cè)的可行方法，包括阻抗法和掃頻法等很好地集成在同一系統(tǒng)中。根據(jù)掃頻法和阻抗法原理，設(shè)計(jì)的硬件功能模塊有MCU控制模塊、通訊模塊、線圈模塊、直流偏置產(chǎn)生模塊（直流電流、直流電壓）、交流激勵(lì)（電流、電壓）產(chǎn)生模塊、響應(yīng)信號(hào)（幅值、相位）檢測(cè)模塊和電源模塊等。
　　利用設(shè)計(jì)的硬件功能模塊分別搭建了基于掃頻法和阻抗法的共振型磁彈性傳感器檢測(cè)系統(tǒng)，并分別對(duì)搭建的系統(tǒng)進(jìn)行了功

5、能驗(yàn)證和性能測(cè)試，包括系統(tǒng)重復(fù)性、不同長(zhǎng)度傳感器測(cè)試、傳感器在不同介質(zhì)中的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，所搭建的系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確進(jìn)行磁彈性傳感器共振特性測(cè)試，在保證了良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性前提下，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和易操作性，可以通過(guò)模塊的組合和匹配使系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)對(duì)象具有更強(qiáng)的適用性。另外在掃頻法的基礎(chǔ)上搭建了基于平面螺旋線圈的雙線圈差分檢測(cè)系統(tǒng)，測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)不僅解除了傳統(tǒng)線圈對(duì)檢測(cè)對(duì)象體積的限制，還可以可以大大減少激勵(lì)信號(hào)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的干擾以及