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一种交变载荷下Galfenol力传感器结构与能量效率的优化策略
  • ISSN号:1004-132X
  • 期刊名称:中国机械工程
  • 时间:2014.12
  • 页码:3188-3194
  • 分类:TH823[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:[1]广西大学广西制造系统与先进制造技术重点实验室,南宁530004, [2]温州大学浙江省低压电器智能技术重点实验室,温州325027, [3]武汉理工大学,武汉430063
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51205293,51175395); 浙江省“钱江人才计划”D类计划资助项目(QJD1302003); 广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放基金资助项目(11-031-12S06)
  • 相关项目:Galfenol智能悬臂梁非线性耦合动力学模型研究
中文摘要:

提出了一种新的面向交变载荷的力传感器测量结构,以Galfenol合金为敏感元件,将合金的两端加工成与锁紧结构配合的接口,可以对Galfenol棒进行挤压或者拉伸,通过检测材料磁化率变化引起的感应电动势可以确定外加交变负载的大小与方向。在传感器工作机理的基础上,提出了一种传感器能量利用效率优化策略,采用封闭结构对Galfenol合金力传感器磁路进行了设计与优化,分别采用二维和三维有限元方法,研究了开放式磁路结构和提出的新型结构在磁路分布以及能量利用效率上的特征。仿真和实验结果表明,所提出的新型传感器结构,不仅在结构上可以增强Galfenol合金中磁通密度分布的均匀性,同时可以大幅提升传感器的能量利用效率,其提升率超过50%,同时对所设计的传感器结构进行加载交变载荷试验,试验结果验证了传感器设计方案的可行性。

英文摘要:

A new Galfenol force sensing structure was proposed,where the Galfenol alloy was taken as the sensing element.The two ends of the alloy were manufactured into the interfaces which could be assembled with external locking structures.Therefore the Galfenol rod could be subjected to both of compression and tensile.The sensing of the magnitude and direction of the external alternating loads could be implemented by measuring the induced voltage of Galfenol due to the change of the magnetic susceptibility.In order to increase the energy efficiency,a sealed structure was developed to optimize the flux path of the Galfenol force sensor.2Dand 3Dfinite element methods were used to study the distribution of the flux density and the energy efficiency of the proposed structure was compared with the open architecture path.Simulation and experimental results show that the uniformity of the distribution of flux density in Galfenol rod can be improved greatly by using the proposed sensing structure.Furthermore,the energy efficiency can be increased significantly over 50%.The optimization and the design of the proposed structure were verified with experiments by applying the alternating loads to the sensor structure.

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期刊信息
  • 《中国机械工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:董仕节
  • 地址:湖北工业大学772信箱
  • 邮编:430068
  • 邮箱:paper@cmemo.org.cn
  • 电话:027-87646802
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-132X
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1294/TH
  • 邮发代号:38-10
  • 获奖情况:
  • 1997年获中国科协期刊一等奖,第二届全国优秀科技...,机械行业优秀期刊一等奖,1999年获首届国家期刊奖,2001年获首届湖北十大名刊,中国期刊方阵“双高”期刊,2003第二届国家期刊奖提名奖,百种中国杰出学术期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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