[拼音]：yacishi chuanganqi

[外文]：piezomagnetic type transducer

基于鐵磁材料壓磁效應(yīng)的傳感器，又稱磁彈性傳感器。壓磁式傳感器的敏感元件由鐵磁材料制成，它把作用力（如彈性應(yīng)力、殘余應(yīng)力）的變化轉(zhuǎn)換成導(dǎo)磁率的變化,并引起繞于其上的線圈的阻抗或電動勢的變化,從而感應(yīng)出電信號。壓磁式傳感器是一種新型傳感器,它的優(yōu)點是輸出功率大、信號強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、抗干擾性好、過載能力強(qiáng)、價格便宜。缺點是測量精度不很高、頻響較低。壓磁式傳感器常用于冶金、礦山、運輸?shù)裙I(yè)部門作為測力和稱重傳感器。例如，用于起重運輸?shù)倪^載保護(hù)系統(tǒng)、軋鋼壓力及鋼板厚度的控制系統(tǒng)、鐵路貨車連續(xù)稱量系統(tǒng)(即鐵道衡)。構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力的無損測量采用壓磁式傳感器比用 X射線方法、開槽法、鉆孔法和電阻應(yīng)變法優(yōu)越。還可用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)軸扭矩的非接觸測量。壓磁式傳感器不僅用于自動控制和機(jī)械力的無損測量，而且還用于骨科和運動醫(yī)學(xué)測試。對于壓磁式傳感器測量過程的各個變換階段，它的理論工程計算方法，以及材料和工藝還需深入研究。

壓磁效應(yīng)

在鐵磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)中，小范圍內(nèi)電子自旋元磁矩之間的相互作用力使相鄰電子元磁矩的方向一致而形成磁疇。磁疇之間相互作用很小。從宏觀上看，在沒有外磁場作用時，各磁疇相互平衡，總磁化強(qiáng)度為零。在有外磁場作用時，各磁疇的磁化強(qiáng)度矢量都轉(zhuǎn)向外磁場方向，使總磁化強(qiáng)度不為零，直至達(dá)到飽和。在磁化過程中各磁疇的界限發(fā)生移動，因而使材料產(chǎn)生機(jī)械變形。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。反之，在外力的作用下材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使各磁疇間的界限移動，從而使磁疇的磁化強(qiáng)度矢量轉(zhuǎn)動，引起材料的總磁化強(qiáng)度發(fā)生相應(yīng)變化。這種現(xiàn)象稱為壓磁效應(yīng)。如果產(chǎn)生壓磁效應(yīng)的作用力是拉力，那么沿作用力方向的導(dǎo)磁率就提高，而在其垂直方向上，導(dǎo)磁率略有降低。反之，該作用力為壓力時，其效果相反。常用的鐵磁材料有硅鋼片、坡莫合金等。大多數(shù)情況下采用硅鋼片。把同樣形狀的硅鋼片疊起來就形成一個壓磁元件。

壓磁式傳感器結(jié)構(gòu)

壓磁傳感器可分為阻流圈式、變壓器式、橋式、電阻式、魏德曼效應(yīng)和巴克豪森效應(yīng)傳感器。其中阻流圈式、變壓器式和橋式用得較多。

（1）阻流圈式：這種傳感器的敏感元件是繞有線圈的用鐵磁材料制成的鐵芯（圖）。在線圈中通有交流電,鐵芯在外力F的作用下導(dǎo)磁率發(fā)生變化，磁阻和磁通也相應(yīng)變化，從而改變了線圈的阻抗，引起線圈中的電流變化。這種結(jié)構(gòu)在不受力時有初始信號，需要用補償電路加以抵消。

（2）變壓器式：在它的鐵芯上有兩個分開的線圈，一是接交流電源的激勵線圈，另一是輸出測量線圈。改變線圈的匝數(shù)比即可得到不同檔次的電壓輸出信號（圖）。

（3）橋式：它由兩個垂直交叉放置的Π型鐵芯構(gòu)成,在兩個鐵芯上分別繞以激磁線圈和測量線圈。這種傳感器用于測量鐵磁材料的受力狀況（例如扭矩,圖）,在被測材料上4點P₁、s₁、P₂、s₂之間的磁阻形成一個磁橋。在未受力時,由于材料的各向同性，各橋臂磁阻相等,測量線圈內(nèi)通過兩束方向相反、大小相等的磁通，相互抵消后沒有感應(yīng)電動勢,輸出為零。當(dāng)材料受扭矩力M時,其上發(fā)生壓磁效應(yīng)，兩個方向的磁導(dǎo)率發(fā)生不同變化，磁橋失去平衡，于是測量線圈就能輸出與扭矩大小成一定關(guān)系的感應(yīng)信號。

參考書目

1. 袁希光主編：《傳感器技術(shù)手冊》，國防工業(yè)出版社，北京，1986。

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標(biāo)簽：壓磁式傳感器

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文章名稱：《壓磁式傳感器》

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