一種壓磁式應力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及應力檢測領域，尤其是涉及一種壓磁式應力傳感器。
【背景技術】
[0002]應力傳感器是工業中常用的傳感器之一，廣泛應用于工業自動控制領域，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產自控、航空航天、軍工、機床等眾多行業。
[0003]隨著柔性電子學及可穿戴設備的發展，應力傳感器越來越受到人們的關注。傳統的應力傳感器以機械結構型器件為主，利用彈性元件的彈性形變或液柱壓力差反饋施加的壓力，其缺點是尺寸大、體積重且不能提供電量輸出，不利于系統集成。
[0004]隨著科技的發展，新材料和新的物理效應不斷應用到應力傳感器中，使應力傳感器取得了長足發展。按照工作原理來劃分，應力傳感器可以分為壓阻式、電容式、壓電式、光纖式和壓磁式等。
[0005]壓阻式應力傳感器利用金屬或者半導體的電阻隨外界壓力的變化而變化的原理進行工作。目前應用的壓阻式應力傳感器主要是硅基壓力傳感器，具有測量精度高、重復性好、穩定性好、測試壓力范圍較寬、輸出信號強、體積小、利于集成等優點。但是，硅基壓力傳感器的使用溫度一般低于125°C，不能在高溫下使用，并且所測量的壓力下限一般為lOOOPa，不能測量超微壓力。電容式應力傳感器利用電容量隨壓力改變而變化的原理進行工作，具有結構簡單、測量精度高、穩定性好、功耗低、線性度好、體積小以及利于集成等優點。但是，電容式應力傳感器易受到連接導線中的寄生電容影響，因此對測量電路要求較高。壓電式應力傳感器是根據壓電效應制成的壓力傳感器，具有測量精度高、測試壓力范圍寬、使用溫度范圍寬、體積小、利于集成等優點。但是，壓電式應力傳感器對測量溫度很敏感，通常需要利用內部測溫系統進行校準或者需要采用恒溫系統；此外，壓電式應力傳感器主要用于加速度和角速度的測量，一般不用于靜壓測量。光纖式應力傳感器是利用外界應力改變時，在光纖中的傳播的光的光強、相位或者偏振性能隨外界應力的改變而變化的原理進行工作，但是該傳感器需要復雜的光路處理設備，價格昂貴。
[0006]壓磁式應力傳感器中的主要材料為磁致伸縮材料。磁致伸縮材料具有磁致伸縮效應，即在外磁場作用下，磁致伸縮材料的形狀發生改變；另一方面，當磁致伸縮材料發生形變時，其磁性發生改變，即逆磁致伸縮效應。壓磁式應力傳感器利用逆磁致伸縮效應而工作，磁致伸縮材料在應力作用下發生形變時，其磁性發生改變，導致磁致伸縮材料的阻抗或者位于其磁場中的元件阻抗發生變化。
[0007]壓磁式應力傳感器具有高靈敏度、線性度好、溫度穩定性好、輸出功率大、使用壽命長的優點，因此日益被人們所關注。目前，結構簡單、靈敏度高、性能穩定的壓磁式應力傳感器是科技工作者的研宄熱點，具有良好的應用前景。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型的技術目的是提供一種結構簡單、靈敏度高、性能穩定的壓磁式應力傳感器。
[0009]為了實現上述技術目的，本實用新型所采用的技術方案為:一種壓磁式應力傳感器，包括支撐殼體，與支撐殼體外部相連接的應力承受體，以及位于支撐殼體內部的第一磁體；
[0010]所述的第一磁體為磁致伸縮材料，即，具有磁致伸縮性；
[0011]支撐殼體中，與應力承受體相連接的部分為承壓部分，壓力承受體位于承壓部分的外壁；
[0012]第一磁體兩端與承壓部分的內壁固定連接，或者，磁體兩端通過連接體與承壓部分的內壁固定連接；
[0013]工作狀態時，外界應力作用在應力承受體上，承壓部分受到壓應力而發生形變，該承壓部分的形變以與應力承受體相連接的位置為中心向周圍減弱；所述承壓部分的形變引起第一磁體發生形變，該第一磁體的形變引起第一磁體的磁性改變，該第一磁體的阻抗隨之改變，由與第一磁體兩端相連接的導體輸出該阻抗。
[0014]作為優選，所述壓磁式應力傳感器還包括第二磁體，該第二磁體位于支撐殼體內部，為第一磁體提供偏置磁場，當第一磁體發生形變時，其離第二磁體的距離改變，使得第一磁體所受的偏置磁場改變，這引起第一磁體磁性的改變，等效于放大了第一磁體的磁性改變量，有利于提高傳感靈敏度。
[0015]作為優選，所述的連接體是兩個連接在支撐端內壁的固定塊。采用緊固件將第一磁體的一端與其中一個固定塊固定連接，采用緊固件將第一磁體的另一端與另一個固定塊固定連接。或者，每個固定塊設置插孔，第一磁體的一端插入其中一個固定塊的插孔中，第一磁體的另一端插入另一個固定塊的插孔中。或者，將兩種方式相結合，即每個固定塊設置插孔，第一磁體的一端插入其中一個固定塊的插孔中，第一磁體的另一端插入另一個固定塊的插孔中，同時采用緊固件固定每個固定塊中的第一磁體端部。
[0016]所述的緊固件包括導電螺釘或非導電螺釘，當選用導電螺釘時，可以從該螺釘引出導線，用于輸出阻抗值。
[0017]為了進一步提高該壓磁式應力傳感器的靈敏度，還可以在所述第一磁體的外圍設置線圈，S卩，所述第一磁體穿過該線圈內部；當所述第一磁體的磁性改變時，線圈阻抗隨之發生變化，該線圈的阻抗值由線圈兩端輸出。在這種情況下，作為優選，所述線圈數目大于或者等于兩個，相鄰的線圈之間存在間距，各線圈串聯在一起，以進一步提高線圈阻抗的變化量，從而提高靈敏度。更優選地，該壓磁式應力傳感器還包括至少一個力傳導體，該力傳導體一端固定連接支撐端內壁，另一端固定連接在第一磁體兩端之間的位置，用于將承壓部分受到壓應力直接傳導至第一磁體兩端之間，從而增大第一磁體兩端之間的位置的形變量，從而提高第一磁體的整體形變，有利于提高傳感靈敏度。
[0018]作為優選，所述線圈位于支架上，以方便調整線圈位置。所述支架結構不限，可以是固定在支撐殼體內部的固定架和/或固定桿。
[0019]所述的第一磁體為磁致伸縮材料體系，包括磁致伸縮金屬、磁致伸縮合金、非晶磁致伸縮材料等。作為優選，選擇鐵基和鈷基非晶磁致伸縮材料，包括FeSiB、FeCuNbSiB,FeNiSiB, FeCoSiB, GdFeCo, CoSiB 等。
[0020]所述的支撐殼體采用可以是不銹鋼、Al、Cu、塑料等。為了避免外界磁場對支撐殼體內部的磁場產生，作為優選，所述的支撐殼體材料采用軟磁材料制成，或者支撐殼體外圍設置軟磁材料層，用以對外界磁場進行磁屏蔽。
[0021]所述的阻抗輸出端(包括連接在第一磁體兩端的導體端，和/或線圈兩端)與阻抗分析儀相連接；或者，所述的阻抗輸出端與電阻構成惠斯通電橋結構，且阻抗輸出端為惠斯通電橋的一個橋臂，惠斯通電橋的輸出與電壓表或電流表或阻抗分析儀相連接。
[0022]綜上所述，本實用新型提供了一種壓磁式應力傳感器，通過結構的設計，將外界應力作用在應力承受體上產生壓應力，應力承受體將該壓應力傳遞至支撐殼體的承壓部分，承壓部分發生形變，該形變量呈中心強，周圍逐漸減弱分布，因此引起與該承壓部分相連接的第一磁體形變，從而使具有磁致伸縮性能的第一磁體的磁性發生改變，其阻抗隨之發生變化，設置在其外圍的線圈的阻抗也隨之發生變化，通過檢測該第一磁體的阻抗變化值，或者該線圈的阻抗變換值即能實現該應力檢測。
[0023]該傳感器具有結構簡單、靈敏度高、易安裝、易維護、成本低、無線探測兼容等優點，可應用在不同的技術領域，例如，用于高速公路計重收費系統中的軸重秤；工業自動化檢測系統中的料罐秤、倉儲秤、料斗秤；車載物品稱重等高應力監測系統，也可用于微應力監測，例如微米級位移的測量、微應力和應變測量等領域。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型實施例1中壓磁式應力傳感器的結構示意圖；
[0025]圖2是本實用新型實施例2中壓磁式應力傳感器的結構示意圖；
[0026]圖3是本實用新型實施例3中壓磁式應力傳感器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0028]圖1和圖2中的附圖標記為:殼體1、底座2、穿孔3、應力承受體4、立柱5、固定桿6、第二磁體7、固定柱8、固定架9、第一磁體10