帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及磁致伸縮力傳感器領域，具體涉及一種鐵鎵合金力傳感器。
【背景技術】
[0002]力傳感器是將外部輸入的載荷轉化為電壓輸出的器件，目前研宄較多的有壓電式力傳感器和超磁致伸縮力傳感器。
[0003]壓電式力傳感器是以壓電材料作為敏感元件的力傳感器，它的工作原理是基于壓電材料的壓電效應，當壓電材料受到外力作用時，它的表面會形成電荷，通過測量兩個表面的電壓差便可知道外加載荷的大小。因此其可以對動態(tài)的力進行測量。但是其等效電路為電容結構，當施加靜態(tài)和準靜態(tài)載荷時，壓電片兩極無法產(chǎn)生電壓差，從而壓電式力傳感器無法對靜態(tài)和準靜態(tài)的信號進行測量。同時，壓電材料脆性較大，無法承受較大載荷，當應力過大或者發(fā)生剪切應變時，材料會發(fā)生斷裂，故壓電式力傳感器也不適用于較大載荷的測量。
[0004]超磁致伸縮力傳感器是以超磁致伸縮材料為敏感元件的力傳感器，當超磁致伸縮材料承受外加力時，其內部產(chǎn)生的機械應力導致材料的磁化率發(fā)生變化，從而可以通過檢測磁場的變化來得到外加力的大小。但是超磁致伸縮材料也具有脆性大的缺陷，無法承受較大的拉應力和剪切應變。當拉力和壓力交變變化時，無法對負載進行連續(xù)測量。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種以Galfenol合金為敏感元件，帶有預壓機構的力傳感器結構，該傳感器能對靜態(tài)和動態(tài)的載荷進行測量，并且測量的區(qū)間較大。
[0006]本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術方案是:
[0007]一種帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，包括底座，通過螺紋與底座連接的Galfenol棒，Galfenol棒外側裝有線圈骨架，線圈骨架的外側槽內裝有激勵線圈，激勵線圈的外部裝有外殼，外殼與底座采用螺紋連接，Galfenol棒的上部采用螺紋與輸出軸連接。
[0008]按上述方案，所述輸出軸與外殼之間安裝有蝶形彈簧，兩個蝶形彈簧對合安裝且尺寸與傳感器的尺寸匹配。
[0009]按上述方案，所述線圈骨架的上面和下面設置了第二高導磁體和第一高導磁體。
[0010]按上述方案，所述Galfenol棒上繞有感應線圈，粘貼有電阻應變片和霍爾傳感器。
[0011]按上述方案，所述底座的下部加工了螺紋槽，并設有相應的連接柱；在輸出軸的上部加工了螺紋，并設有相應的連接套。
[0012]本實用新型結構簡單，裝配方便可靠，便于搬運，既可以測量靜態(tài)載荷又可以測量動態(tài)載荷。由于帶有預壓機構，線性的測量區(qū)間大。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結構的剖面示意圖。
[0014]圖2為本實用新型不同應力下的磁感應強度-磁場強度的分布曲線。
[0015]圖3為本實用新型有和沒有高導磁體時磁感應強度的仿真結果。
[0016]圖4為本實用新型中與底座連接的連接柱結構示意圖。
[0017]圖5為本實用新型中與輸出軸相連的連接套結構示意圖。
[0018]圖中:1.第一高導磁體，2.線圈骨架，3.激勵線圈，4.Galfenol棒，5.外殼，6.第二高導磁體，7.輸出軸，8.蝶形彈簧，9.霍爾傳感器，10.感應線圈，11.電阻應變片，12.底座，13.連接柱，14.連接套。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0020]如圖1、圖4和圖5所示，外加載荷施加在兩端的連接柱上，下端的連接柱13通過螺紋與底座12連接，同時底座12又通過螺紋與Galfenol棒4連接，而Galfenol棒4的上部依然通過螺紋與輸出軸7連接，最后輸出軸7的上部與連接套14連接。這樣外部載荷就通過一系列螺紋連接傳遞到Galfenol棒4上，從而Galfenol棒4產(chǎn)生磁致伸縮變形。
[0021]在施加載荷的同時，給激勵線圈3施加激勵電流，電流通過激勵線圈3轉化為激勵磁場，激勵磁場作用在Galfenol棒4上，Galfenol棒4產(chǎn)生磁致伸縮變形。
[0022]為了能使施加載荷的范圍增大，在輸出軸7和底座12之間加裝了蝶形彈簧8給傳感器施加預壓力，從而增大傳感器工作的線性區(qū)間，增大測量范圍。從圖2可以看出，施加了 54.5MPa的預應力時，Galfenol棒4的磁感應強度-磁場強度曲線的線性區(qū)間增大，從而測量范圍增加。
[0023]同時為了使測量的準確性增加，在線圈骨架2的上面和下面均加裝了第二高導磁體6和第一高導磁體I。
[0024]同時，在Galfenol棒4上繞有感應線圈10，用于測量通過Galfenol棒4的磁感應強度，也可以測量感應線圈兩端的感應電壓。Galfenol棒4上面粘貼有電阻應變片11，用于測量Galfenol棒4的應變，即Galfenol棒4的磁致伸縮變形。Galfenol棒上面還粘貼有霍爾傳感器，用于測量靜態(tài)時Galfenol棒4上的磁場強度。
[0025]如圖3所示，對沒有高導磁體和有高導磁體進行了軟件仿真。在相同條件下，添加了高導磁體的Galfenol棒4上測量的磁感應強度的幅值較大，外界的干擾減小，測量結果更加準確。
【主權項】
1.一種帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，其特征在于:包括底座(12)，通過螺紋與底座(12)連接的Galfenol棒(4) ,Galfenol棒(4)外側裝有線圈骨架(2)，線圈骨架⑵的外側槽內裝有激勵線圈(3)，激勵線圈(3)的外部裝有外殼(5)，外殼(5)與底座(12)采用螺紋連接，Galfenol棒(4)的上部采用螺紋與輸出軸(7)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，其特征在于:所述輸出軸(7)與外殼(5)之間安裝有蝶形彈簧，兩個蝶形彈簧對合安裝且尺寸與傳感器的尺寸匹配。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，其特征在于:所述線圈骨架(2)的上面和下面設置了第二高導磁體(6)和第一高導磁體(I)。
4.根據(jù)權利要求3所述的帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，其特征在于:所述Galfenol棒(4)上繞有感應線圈(10)，粘貼有電阻應變片(11)和霍爾傳感器(9)。
5.根據(jù)權利要求4所述的帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器，其特征在于:所述底座(12)的下部加工了螺紋槽，并設有相應的連接柱(13);在輸出軸(7)的上部加工了螺紋，并設有相應的連接套(14)。
【專利摘要】一種帶預壓機構的鐵鎵合金力傳感器包括底座，通過螺紋與底座連接的Galfenol棒，Galfenol棒外側裝有線圈骨架，線圈骨架的外側槽內裝有激勵線圈，激勵線圈的外部裝有外殼，外殼與底座采用螺紋連接，Galfenol棒的上部采用螺紋與輸出軸連接。結構簡單，裝配方便可靠，便于搬運，既可以測量靜態(tài)載荷又可以測量動態(tài)載荷。由于帶有預壓機構，線性的測量區(qū)間大。
【IPC分類】G01L1-12, G01L1-22
【公開號】CN204495494
【申請?zhí)枴緾N201520172313
【發(fā)明人】李波, 李鵬輝, 李傳, 張鴻翔, 陶孟侖, 沈威
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月25日