共振型磁彈性傳感器檢測系統(tǒng)的優(yōu)化設計.pdf

1、磁彈性傳感器是一種利用非晶合金帶材制成的新型諧振傳感器，其信號的激發(fā)和傳送都是通過磁場進行的。在外加交變磁場中，傳感器受磁場激勵作用產生磁致伸縮振動，當交變磁場的頻率與傳感器共振頻率相同時，傳感器發(fā)生共振，振幅也達到最大，對應的交變磁場頻率即為傳感器共振頻率。傳感器的共振頻率會隨著表面質量負載等特性的變化而改變，利用檢測線圈提取傳感器伸縮振動過程中的磁通變化，通過外部檢測裝置測定響應信號，即可實現(xiàn)傳感器共振特性檢測。檢測過程中傳感器與檢

2、測裝置之間無任何連接，是一種完全的無線無源傳感器，同時磁彈性傳感器還具有體積小靈敏度高的特點。磁彈性傳感器的這些優(yōu)點使其在無損檢測、在體分析等應用領域具有非常廣闊的發(fā)展前景。
　　針對目前磁彈性傳感器檢測裝置體積大、操作復雜等弊端，課題組前期實現(xiàn)了一套基于阻抗法的集成化共振特性檢測系統(tǒng)。為了進一步優(yōu)化改進現(xiàn)有檢測系統(tǒng)，擴展系統(tǒng)應用范圍，本文利用有限元電磁分析軟件AnsoftMaxwell3D對磁彈性傳感器的工作磁場進行了仿真分析，

3、在此基礎上提出了滿足傳感器工作需求的磁場提供方案，并設計了新型的開放式結構平面螺旋線圈來提供激勵磁場，以上這些均給傳感器檢測系統(tǒng)的性能優(yōu)化和應用擴展提供了重要的理論參考。
　　同時本文優(yōu)化了檢測系統(tǒng)的激勵線圈和檢測線圈參數，并結合優(yōu)化的螺線管線圈在阻抗分析儀平臺上完成了傳感器最佳電磁激勵參數的測試。根據測得的參數需求，設計了基于模塊化思想的磁彈性傳感器共振特性檢測系統(tǒng)方案。系統(tǒng)設計了以功能相關分析為主劃分的硬件功能模塊，利用基礎電

4、路板上的標準化電路接口擴展連接功能模塊，從而將磁彈性傳感器共振特性檢測的可行方法，包括阻抗法和掃頻法等很好地集成在同一系統(tǒng)中。根據掃頻法和阻抗法原理，設計的硬件功能模塊有MCU控制模塊、通訊模塊、線圈模塊、直流偏置產生模塊（直流電流、直流電壓）、交流激勵（電流、電壓）產生模塊、響應信號（幅值、相位）檢測模塊和電源模塊等。
　　利用設計的硬件功能模塊分別搭建了基于掃頻法和阻抗法的共振型磁彈性傳感器檢測系統(tǒng)，并分別對搭建的系統(tǒng)進行了功

5、能驗證和性能測試，包括系統(tǒng)重復性、不同長度傳感器測試、傳感器在不同介質中的測試。測試結果表明，所搭建的系統(tǒng)能夠準確進行磁彈性傳感器共振特性測試，在保證了良好的穩(wěn)定性和重復性前提下，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和易操作性，可以通過模塊的組合和匹配使系統(tǒng)對檢測對象具有更強的適用性。另外在掃頻法的基礎上搭建了基于平面螺旋線圈的雙線圈差分檢測系統(tǒng)，測試結果表明該系統(tǒng)不僅解除了傳統(tǒng)線圈對檢測對象體積的限制，還可以可以大大減少激勵信號對檢測信號的干擾以及