專利名稱：非接觸式共軸磁彈性傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的傳感器，具體是一種非接觸式共軸磁彈性傳感器。
背景技術(shù)：
軟磁金屬玻璃帶材在受到交流磁場(chǎng)脈沖激發(fā)時(shí)，由于磁彈性耦合作用，將在帶材中產(chǎn)生 受迫機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)在帶材的周圍空間發(fā)射變化的磁通，通過信號(hào)采集線圈可以對(duì)其振動(dòng)情 況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。交流脈沖磁場(chǎng)激發(fā)停止時(shí)，帶材的振幅將逐漸衰減，為了增加傳感器磁彈性耦 合性能以增強(qiáng)振動(dòng)幅度，通常需要疊加一個(gè)直流偏置磁場(chǎng)來抵消帶材的磁各向異性。與壓電 傳感器如石英晶體微天平(QCM)或表面聲波傳感器(SAW)相比，磁彈性傳感器的帶材磁場(chǎng) 激發(fā)和信號(hào)采集都是通過磁場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行的，不需要與電極相連接，具有無線的特點(diǎn)，因此適 用于原位監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且磁彈性傳感器所采用的軟磁帶材具有價(jià)格便宜，加工方便， 能夠一次性使用等優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Q.Y.Cai等在《Sensors and Actuators B》(傳 感器和驅(qū)動(dòng)器B， 2001年77期614-619)上發(fā)表了 "A wireless, remote query ammonia sensor"(—種無線遠(yuǎn)程?hào)嗽兊陌眰鞲衅? 一文，該文公開的磁彈性傳感器包括一個(gè)激發(fā) 線圈和一個(gè)接收線圈，激發(fā)線圈和接收線圈均為單向纏繞方式，由于激發(fā)線圈工作時(shí)會(huì)在接 收線圈中產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，因此，只有當(dāng)激發(fā)信號(hào)完全停止之后才能在接收線圈中檢測(cè)到帶材 振動(dòng)信號(hào)，無法實(shí)現(xiàn)帶材振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
另經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，C. A. Grimes等在《Sensors》(傳感器，2003年3期11-18)上發(fā)表 了 "A Wireless, Passive, Magnetically-soft Harmonic Sensor for Monitoring Sodiun Hypochlorite Concentrations in Water"(—種用于7K中次氯酸鈉含量監(jiān)控的無線無源 軟磁諧波傳感器) 一文，該文公開的磁彈性傳感器包括一個(gè)圓形線圈和一個(gè)8字形接收線圈 ，其中8字形線圈內(nèi)置于圓形線圈中，兩者對(duì)稱軸重合，8字型線圈由兩個(gè)并行放置的非共軸 方形子線圈反串而成，方形線圈半徑為30cm，匝數(shù)為36匝，8字方形線圈總面積為18x18 cm ，總匝數(shù)為400匝，非晶軟磁帶材放置在線圈之外。該傳感器雖然可以有效消除激發(fā)線圈在 接收線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)帶材振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，但其兩個(gè)接收子線圈為非共軸 形式，面積較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，線圈寬度遠(yuǎn)小于長度，且多層線圈纏繞方式容易在層與層之 間形成額外寄生電容，影響接收信號(hào)波形，此外，帶材放置于線圈之外，對(duì)帶材磁通的接收有限，影響接受信號(hào)幅度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)，提供一種非接觸式共軸磁彈性傳感 器，簡(jiǎn)化了傳感器的結(jié)構(gòu)，防止接收信號(hào)變形，提高傳感器的靈敏度。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明包括第一PVC管(聚氯乙烯管)、第二PVC管、第三PVC管、偏置線圈、激勵(lì)線 圈、接收線圈和軟磁帶材，其中第一PVC管同軸地套接于第二PVC管的外部，第二PVC管同 軸地套接于第三PVC管的外部，第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管頂端對(duì)齊，偏置線圈單層 纏繞于第一PVC管外表面，激勵(lì)線圈單層纏繞于第二PVC管外表面，接收線圈單層纏繞于第三 PVC管外表面，軟磁帶材設(shè)置于第三PVC管內(nèi)部。
所述的接收線圈包括第一子線圈和第二子線圈，第一子線圈與第二子線圈反向串聯(lián)。
所述的第一子線圈與第二子線圈匝數(shù)相同，為150匝 250匝。
所述的偏置線圈與激勵(lì)線圈的匝數(shù)相同，為30匝 50匝。
所述軟磁帶材的材料為非晶Fe基金屬玻璃。
所述激勵(lì)線圈的激勵(lì)信號(hào)為正弦脈沖或者方波脈沖信號(hào)。
所述第一PVC管的內(nèi)徑為100mm 120mm。
所述第二PVC管的內(nèi)徑為75mm 85mm。
所述第三PVC管的內(nèi)徑為22mnT42mm 。
所述的第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管長度相同，為54mm 74mm。
工作過程中，激勵(lì)線圈產(chǎn)生正弦脈沖信號(hào)或方波脈沖磁信號(hào)，激發(fā)軟磁帶材的振動(dòng)，接 收線圈接收軟磁帶材的振動(dòng)磁信號(hào)，并通過兩個(gè)反向串聯(lián)的子線圈屏蔽激勵(lì)線圈在接收線圈 中產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)，正弦脈沖信號(hào)或方波脈沖磁信號(hào)停止后，帶材自由振動(dòng)，振幅逐漸衰減 ，偏置線圈產(chǎn)生靜磁場(chǎng)抵消帶材的磁各向異性，以增強(qiáng)振動(dòng)幅度。通過對(duì)軟磁帶材振動(dòng)頻率 信號(hào)的檢測(cè)，本發(fā)明可以用于實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，濕度，氣壓等參數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于偏置線圈、激勵(lì)線圈和接收線圈之間同軸套接， 整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)緊湊，體積??；各線圈均采用單層纏繞方式布置，避免出現(xiàn)額外寄生電容， 接收信號(hào)精確度高；軟磁帶材置于接收線圈內(nèi)，增加了接收線圈對(duì)軟磁帶材磁通信號(hào)的采集 量，提高了傳感器靈敏度。


圖l是本發(fā)明的軸向剖面示意圖；圖2是本發(fā)明的橫截面剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn) 行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。
如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括第一PVC管1、第二PVC管2、第三PVC管3、偏置線圈4 、激勵(lì)線圈5、接收線圈6和軟磁帶材7，其中第一PVC管1同軸地套接于第二PVC管2的外部 ，第二PVC管2同軸地套接于第三PVC管3的外部，第一PVC管1、第二PVC管2和第三PVC管3頂端 對(duì)齊，偏置線圈4單層纏繞于第一PVC管1外表面，激勵(lì)線圈5單層纏繞于第二PVC管2外表面， 接收線圈6單層纏繞于第三PVC管3外表面，軟磁帶材7設(shè)置于第三PVC管3內(nèi)部。
所述的接收線圈6包括第一子線圈8和第二子線圈9，第一子線圈8與第二子線圈9反向 串聯(lián)。
所述的第一子線圈8與第二子線圈9匝數(shù)相同，為200匝。 所述的偏置線圈4與激勵(lì)線圈5的匝數(shù)相同，為37匝。 所述軟磁帶材7的材料為非晶Fe基金屬玻璃。 所述激勵(lì)線圈5的激勵(lì)信號(hào)為正弦脈沖或者方波脈沖信號(hào)。 所述第一PVC管1的內(nèi)徑為l 10mm。 所述第二PVC管2的內(nèi)徑為75mm。 所述第三PVC管3的內(nèi)徑為32mm。
所述的第一PVC管1、第二PVC管2和第三PVC管3長度相同，為64mm。 所述偏置線圈4和激發(fā)線圈5的漆包線規(guī)格為SWG16，接收線圈6的漆包線規(guī)格為SWG38。 本實(shí)施例的偏置線圈l、激勵(lì)線圈2和接收線圈3同軸套接布置，使整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)緊湊 ，體積小；各線圈采用單層纏繞方式，避免出現(xiàn)額外寄生電容，提高了接收信號(hào)精確度；軟 磁帶材7置于接收線圈6內(nèi)，增加了接收線圈6對(duì)軟磁帶材7磁通信號(hào)的采集量，提高了傳感器 靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式共軸磁彈性傳感器，包括激勵(lì)線圈、接收線圈和軟磁帶材，其特征在于，還包括第一PVC管、第二PVC管、第三PVC管、偏置線圈，其中第一PVC管同軸地套接于第二PVC管的外部，第二PVC管同軸地套接于第三PVC管的外部，第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管頂端對(duì)齊，偏置線圈單層纏繞于第一PVC管外表面，激勵(lì)線圈單層纏繞于第二PVC管外表面，接收線圈單層纏繞于第三PVC管外表面，軟磁帶材設(shè)置于第三PVC管內(nèi)部；所述的偏置線圈與激勵(lì)線圈的匝數(shù)相同，為30匝~50匝；所述的接收線圈包括第一子線圈和第二子線圈，第一子線圈與第二子線圈反向串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述的第一子線圈與第二子線圈匝數(shù)相同，為150匝 250匝。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述軟磁帶材的材料為非晶Fe基金屬玻璃。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述激勵(lì)線圈的激勵(lì)信號(hào)為正弦脈沖信號(hào)或方波脈沖信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述第一PVC管的內(nèi)徑為100mnTl20mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述第二PVC管的內(nèi)徑為75mnT85mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述第三PVC管的內(nèi)徑為22mnT42mm 。
8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的非接觸式共軸磁彈性傳感器，其特征是，所 述的第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管長度相同，為54mnT74mm。
全文摘要
一種非接觸式共軸磁彈性傳感器，屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括第一PVC管(聚氯乙烯管)、第二PVC管、第三PVC管、偏置線圈、激勵(lì)線圈、接收線圈和軟磁帶材，其中第一PVC管同軸地套接于第二PVC管的外部，第二PVC管同軸地套接于第三PVC管的外部，第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管頂端對(duì)齊，偏置線圈單層纏繞于第一PVC管外表面，激勵(lì)線圈單層纏繞于第二PVC管外表面，接收線圈單層纏繞于第三PVC管外表面，軟磁帶材設(shè)置于第三PVC管內(nèi)部；所述的接收線圈包括第一子線圈和第二子線圈，第一子線圈與第二子線圈反向串聯(lián)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，靈敏度高，接收信號(hào)精確度高。
文檔編號(hào)G01H11/00GK101650217SQ20091030755
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者文 丁, 勇 周, 周志敏, 磊 陳, 沖 雷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)