磁致伸缩位移传感器的研究现状
来源： 发布于：2025-12-5 16:31:22 浏览：229
磁致伸缩位移传感器的研究现状
1、磁致伸缩新材料的研究
磁致伸缩导波丝是传感器最关键的零部件，传统的用于磁致伸缩导波丝的材料如铁镍合金，磁致伸缩系数较低，严重限制传感器的输出信号进而影响测量性能。随着材料学的发展，新材料、新工艺的研究与应用将极大的提升传感器的性能及其应用领域。如稀土超磁致伸缩材料，其磁致伸缩系数比传统磁致伸缩材料如Fe、Co、Ni等的大100~1000倍。
2、磁致伸缩位移传感器机理的研究
磁致伸缩效应是电磁能与机械能之间相互转换的复杂物理过程，其信号受到外部多种参变量的影响。一方面是通过实验的方式对各种参变量如激励脉冲的脉宽、幅值、检测线圈参数等对信号的影响进行研究以优化参数；另一方面通过建立其物理模型，进行理论分析达到优化参数的效果。如国内太原理工的姚世选博士和常晓明教授对磁致伸缩材料的磁畴、扭转波的换能模型、激励脉冲磁场、位置磁铁磁化模型等进行了建模分析，华中科技大学的邓超博士提出了一种新的传感器信号的机理模型。
3、提高传感器性能的研究
测量精度是位移传感器最重要的性能指标之一，大量的研究集中在如何保证传感器的测量精度。高精度测量首先需要保证不同环境下信号的一致性。温度会影响晶振频率、扭转波波速和液体介质的密度进而影响测量精度，采用双辅助浮子以及温度补偿的方法可以减小因为温度带来的测量误差。H。Wakiwaka等人通过磁滞补偿等方法减小磁滞误差，提高传感器精度。另一方面通过优化传感器结构的方式也可以提高位移测量的精度，如通过接收线圈阵列的方式提高信号强度，Hristoforou布置两个接收线圈在传感器的两端，以获得更好的水平位置的敏感性，Yongjie Zhang通过一种差分式磁致伸缩位移传感器结构，提高了信号强度与测量精度。在传感器输出端，一方面采用完善的硬件电路保证高质量的输出信号，另一方面可以通过一定的信号处理算法提高传感器的测量精度，而随着电子技术的发展，在工程应用中也越来越多的采用了功能强大的新的微处理器以及一些专用时间测量芯片的开发，完成时间测量。 量程也是传感器的重要性能指标。然而一方面随着量程的增大，回路电阻增大，直接导致激励减小，原始信号减弱；另一方面扭转波随着传播距离的增加能量衰减。这两方面导致了在大量程下扭转波传播距离有限，传感器的量程受到限制。为了提高信号强度以扩展量程，直接的方法是在激励端提高激励信号的强度，然而信号强度在激励达到一定时将达到饱和状态，并且激励的增大提高了驱动硬件设计的难度；另外一种是采用高磁致伸缩系数的导波丝材料，但是缺点是提高了实现的成本；还有一种是采用滤波放大电路，但是这种处理在传感器的末端，并不是在源头上提高信号强度，效果是有限的。华中科技大学的邓超博士采用波干涉叠加增强的原理提高原始信号强度，通过正负脉冲激励结合反射回波的方式有效的将信号强度提高到原始信号的1.8倍，通过波阵列干涉叠加的方法测量到了28m的位置信号，为大量程的位移测量提供了另一种信号增强的方法。另外针对起始脉冲造成的传感器测量盲区，还采用了双线圈差分的结构减小了传感器的测量盲区。
4、数字化与智能化传感器的研究以及传感器应用领域的拓展
随着电子技术、计算机和通讯等技术的发展，磁致伸缩位移传感器也正朝着数字化、智能化的方向发展，并且在越来越多的工程领域发挥作用。
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