[发明专利]一种纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种力敏传感技术，特别是一种获得具有高灵敏度的高可靠的力敏传感技术，即一种纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头。

背景技术

应力/应变传感器在现代科技中发挥着重要作用，它不但在电子天平、应力/应变测试设备、机械控制等领域具有广泛的应用，而且是诸如跨江跨海的超大跨桥梁、大型体育赛事的超大跨空间结构、现代城市象征的超高层建筑、开发江河能源的大型水利工程、海洋油气资源开发的大型海洋平台结构以及核电站建筑等重大工程的健康监测系统和损伤控制系统的高性能智能传感元件的核心部件。因此，研发高灵敏、高稳定性、高可靠性，并且能够微型化的应力/应变传感器具有重要的现实意义。

现有的力敏传感器，如电阻应变片和半导体膜片等力敏传感器，由于灵敏度不够高，热稳定性欠佳等问题，难以满足日益发展的科技需求。近年来取得长足发展的光纤传感器，则由于昂贵的造价，限制了其推广应用。

Shen等人于1997年在Co_72.5Si_12.5B₁₅非晶丝中发现的巨应力阻抗效应(通有高频交流电的非晶丝，在应力作用下引起阻抗发生显著的改变)，其灵敏度比电阻应变片和半导体膜片的高出6倍多，且抗环境干扰能力强，可广泛应用于各种高灵敏度力敏传感器，尤其在一些环境恶劣和稳定性要求高的场合下，更显示出比电阻应变片和半导体膜片等力敏材料更优越的特性。利用该效应制作出高灵敏度应力、应变检测元件及相应的传感器，可显示出比现有的电阻应变片和半导体膜片等力敏材料更大的应变因子，而且具有小得多的温度系数，因此在检测及控制领域具有广阔的应用前景。然而，当前全世界的研究工作者都引用Shen等人发现巨应力阻抗效应时所采用的横向或环向驱动模式，即让驱动电流直接通过力敏材料。这种横向驱动巨应力阻抗效应由于要求电流直接通过非晶丝，存在电极触点在应力作用下接触电阻变化和触点松动的隐患，难以保证高可靠性。

现有的力敏传感器，不能同时兼备高灵敏度、高可靠性、高稳定性和价格低廉等诸项优点，因此，现有的力敏传感器已经不能满足当今科技发展的需求。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种同时具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性和价格低廉等诸项优点的新型力敏传感器探头。

一种纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头，包括软磁性材料制成的探头芯，其特征在于：在探头芯外套装有金属螺线管，驱动电流通过通电电极接在金属螺线管上，应力加在探头芯上。

本发明通过将软磁性材料作为探头芯，并在探头芯外套装金属螺线管，将驱动电流接在金属螺线管上，将应力加在探头芯上，使探头成为纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头，使其不仅具有高灵敏度、高可靠性、高稳定性和价格低廉等诸项优点，还具有便于微型化和耗能小的优点。

附图说明

图1为纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头结构示意图。

图2为横向驱动应力阻抗力敏传感器探头结构示意图。

图3为实施例1的纵向驱动应力阻抗曲线。

图4为实施例2的纵向驱动应力阻抗曲线。

图5为实施例3的纵向驱动应力阻抗曲线。

图6为比较实施例1的横向驱动应力阻抗曲线。

图中：探头芯1、螺线管2、应力3、测量电极4、力敏材料5、通电电极6。

具体实施方式

以下结合实施例进行详述：

实施例1

按如下方法制备本发明所提供的一种纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头：

(1)截取20mm长，宽为0.4mm，厚为30μm的Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉非晶薄带，制成探头芯1。

(2)用线径为0.1mm的漆包线密绕100匝制成直径为1.5mm的螺线管2。

(3)将探头芯1插入螺线管2构成纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头。

(4)图3是用上述方法制得的纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头应力阻抗曲线，测量时驱动电流的幅值为10mA，频率为2.625MHz。

测试结果，最大应力阻抗比为130％，灵敏度为3％/MPa。

实施例2

按如下方法制备本发明所提供的一种纵向驱动应力阻抗力敏传感器探头：：