光学 精密工程
2022, 30(22): 2876
1 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,天津 300130
2 河北工业大学 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室,天津 300130
为了满足机器人精确感知和抓取物体的需要, 首先设计了以铁镓丝为敏感元件的新型触觉传感单元, 搭建了传感单元输出特性测试平台, 测试了其输出电压与施加静态和动态压力的关系。以触觉传感单元为核心设计了传感器阵列结构, 并将传感阵列安装在机械手上, 进行了抓取实验。实验结果表明, 施加静态压力时, 在1.908 kA/m的偏置磁场下, 长度为16 mm、直径为0.8 mm的铁镓丝组成的触觉传感单元在2 N压力下的输出电压可达96 mV, 灵敏度为48 mV/N。在1~4 Hz、0~2 N的动态压力作用下, 传感单元输出曲线平滑, 灵敏度高。传感器阵列安装在机械手上, 能感知多路压力信息, 精确显示机械手指的受力分布情况, 可广泛应用在机械手准确抓取与智能控制领域中。
触觉传感单元 机械手 传感器阵列 铁镓合金 tactile sensor manipulator array sensor Fe-Ga alloy 光学 精密工程
2019, 27(12): 2618
1 河北工业大学 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室, 天津 300130
2 河北工业大学 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室, 天津 300130
为了校正扭转波速度、补偿温度、抑制脉冲电流噪声以及提高输出信号的信噪比, 设计了一种双检测线圈结构应用于磁致伸缩液位传感器。推导了扭转波速度与温度的数学模型, 得到了扭转波速度随温度的变化趋势; 分析了单检测线圈结构存在温度影响测量结果与脉冲电流幅值大等问题。通过理论分析, 最终的实验结果表明, 与单检测线圈结构相比, 双检测线圈结构能够快速计算扭转波速度, 补偿温度对测量结果的影响, 将脉冲电流噪声信号幅值降低至原来的1/27, 测量误差由原来的0.18 mm降低至0.02 mm。双检测线圈结构为磁致伸缩液位传感器优化设计提供了理论指导。
磁致伸缩 液位传感器 双检测线圈 噪声抑制 温度补偿 magnetostriction liquid level sensor double detection coils noise suppression temperature compensation
河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室, 天津 300130
利用Fe-Ga磁特性测试装置进行动态磁致伸缩测量时, 受激励线圈产生的磁场的影响, 测试样品的应变通常偏大, 本文对此做了分析并进行验证。通过分析Fe-Ga动态磁致伸缩测量过程, 对原测试装置进行了改进。将样品的一端固定在极头上并调节激励磁场使其在样品饱和磁场附近, 以消除机械振动对动态磁致伸缩测试产生的影响。采用多参数磁学测试系统和改进前后的Fe-Ga特性测试系统进行Fe-Ga静态和动态磁致伸缩特性测试实验。结果表明: 采用改进的Fe-Ga磁特性测试装置可在低饱和场下精确测量动态应变。实验还测试了Fe-Ga在2.7 kA/m偏置磁场作用下的动态磁致伸缩特性, 结果表明: （1）偏置磁场作用下应变与磁场同频; （2）应变对磁场的滞后随磁场频率的增加而增大; （3）λ～H曲线为椭圆形且椭圆环的面积随频率的增大而增大。上述结果表明, 本文提出的改进装置可有效消除振动产生的额外应变。
动态磁致伸缩 磁特性测试 电磁力 dynamic magnetostriction test of magnetic characteristics Fe-Ga Fe-Ga electromagnetic force
河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室, 天津 300130
为了提高磁致伸缩液位传感器的检测精度, 研究了磁致伸缩液位传感器中产生偏置磁场的浮子磁铁的放置方式及其对检测电压的影响。利用ANSYS软件对浮子磁铁不同放置方式下形成的偏置磁场进行了有限元分析, 分析显示: 采用3块磁铁互成120°N极N极S极(NNS)放置或者采用圆环磁铁作为偏置磁场时检测效果比较理想。实验研究了磁致伸缩液位传感器的偏置磁场对检测电压的影响, 并在浮子磁铁不同放置方式下进行多次实验。结果表明: 偏置磁铁为3块磁铁互成120°NNS放置时或者为圆环磁铁时, 检测电压的幅值达到50 mV, 比其它放置方式提高了近30 mV。研究表明: 磁致伸缩液位传感器应选择3块磁铁NNS放置或者选择圆环磁铁作为偏置磁场。
偏置磁场 磁致伸缩液位传感器 检测电压 有限元法 bias magnetic field magnetostrictive liquid level sensor detection voltage finite element method 光学 精密工程
2016, 24(11): 2783
河北工业大学 电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室, 天津 300130
实验研究了磁致伸缩位移传感器的探测电压信号,以便提高磁致伸缩位移传感器的检测精度。分析和验证了波导丝材料、驱动脉冲电流、检测线圈等参数对磁致伸缩位移传感器输出电压的影响规律。对检测线圈进行了优化设计, 基于实验数据确定了传感器的各项参数值。实验发现磁致伸缩系数大、魏德曼效应显著的Fe-Ga材料作为波导丝, 可明显提高电-磁-机械能的转换效率, 获得较大的检测电压信号。研制了新型Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器样机, 并与Fe-Ni波导丝传感器进行了性能对比。结果表明, 与Fe-Ni波导丝相比, Fe-Ga波导丝磁致伸缩位移传感器的检测信号明显增强, 信噪比显著提高, 其检测电压信号幅值比Fe-Ni波导丝检测电压信号幅值提高了40 mV, 相应的传感器精度提高了2倍。
位移传感器 磁致伸缩 Fe-Ga材料 波导丝 displacement sensor magnetostriction Fe-Ga material waveguide wire
