[发明专利]非接触式共轴磁弹性传感器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种测量技术领域的传感器，具体是一种非接触式共轴磁弹性传感器。

背景技术

软磁金属玻璃带材在受到交流磁场脉冲激发时，由于磁弹性耦合作用，将在带材中产生受迫机械振动，同时在带材的周围空间发射变化的磁通，通过信号采集线圈可以对其振动情况进行监测。交流脉冲磁场激发停止时，带材的振幅将逐渐衰减，为了增加传感器磁弹性耦合性能以增强振动幅度，通常需要叠加一个直流偏置磁场来抵消带材的磁各向异性。与压电传感器如石英晶体微天平(QCM)或表面声波传感器(SAW)相比，磁弹性传感器的带材磁场激发和信号采集都是通过磁场信号进行的，不需要与电极相连接，具有无线的特点，因此适用于原位监测和实时监测，而且磁弹性传感器所采用的软磁带材具有价格便宜，加工方便，能够一次性使用等优点。

经过对现有相关技术文献检索发现，Q.Y.Cai等在《Sensors and Actuators B》(传感器和驱动器B，2001年77期：614-619)上发表了“A wireless，remote query ammoniasensor”(一种无线远程查询的氨传感器)一文，该文公开的磁弹性传感器包括一个激发线圈和一个接收线圈，激发线圈和接收线圈均为单向缠绕方式，由于激发线圈工作时会在接收线圈中产生感应信号，因此，只有当激发信号完全停止之后才能在接收线圈中检测到带材振动信号，无法实现带材振动信号的实时检测。

另经检索发现，C.A.Grimes等在《Sensors》(传感器，2003年3期：11-18)上发表了“A Wireless，Passive，Magnetically-soft Harmonic Sensor for Monitoring SodiumHypochlorite Concentrations in Water”(一种用于水中次氯酸钠含量监控的无线无源软磁谐波传感器)一文，该文公开的磁弹性传感器包括一个圆形线圈和一个8字形接收线圈，其中8字形线圈内置于圆形线圈中，两者对称轴重合，8字型线圈由两个并行放置的非共轴方形子线圈反串而成，方形线圈半径为30cm，匝数为36匝，8字方形线圈总面积为18x18cm，总匝数为400匝，非晶软磁带材放置在线圈之外。该传感器虽然可以有效消除激发线圈在接收线圈中产生的感应信号，实现带材振动信号的实时检测，但其两个接收子线圈为非共轴形式，面积较大，结构不紧凑，线圈宽度远小于长度，且多层线圈缠绕方式容易在层与层之间形成额外寄生电容，影响接收信号波形，此外，带材放置于线圈之外，对带材磁通的接收有限，影响接受信号幅度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种非接触式共轴磁弹性传感器，简化了传感器的结构，防止接收信号变形，提高传感器的灵敏度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：第一PVC管(聚氯乙烯管)、第二PVC管、第三PVC管、偏置线圈、激励线圈、接收线圈和软磁带材，其中：第一PVC管同轴地套接于第二PVC管的外部，第二PVC管同轴地套接于第三PVC管的外部，第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管顶端对齐，偏置线圈单层缠绕于第一PVC管外表面，激励线圈单层缠绕于第二PVC管外表面，接收线圈单层缠绕于第三PVC管外表面，软磁带材设置于第三PVC管内部。

所述的接收线圈包括：第一子线圈和第二子线圈，第一子线圈与第二子线圈反向串联。

所述的第一子线圈与第二子线圈匝数相同，为150匝~250匝。

所述的偏置线圈与激励线圈的匝数相同，为30匝~50匝。

所述软磁带材的材料为非晶Fe基金属玻璃。

所述激励线圈的激励信号为正弦脉冲或者方波脉冲信号。

所述第一PVC管的内径为100mm~120mm。

所述第二PVC管的内径为75mm~85mm。

所述第三PVC管的内径为22mm~42mm。

所述的第一PVC管、第二PVC管和第三PVC管长度相同，为54mm~74mm。

工作过程中，激励线圈产生正弦脉冲信号或方波脉冲磁信号，激发软磁带材的振动，接收线圈接收软磁带材的振动磁信号，并通过两个反向串联的子线圈屏蔽激励线圈在接收线圈中产生的感应信号，正弦脉冲信号或方波脉冲磁信号停止后，带材自由振动，振幅逐渐衰减，偏置线圈产生静磁场抵消带材的磁各向异性，以增强振动幅度。通过对软磁带材振动频率信号的检测，本发明可以用于实时测量温度，湿度，气压等参数。