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基于维拉利效应的高线性大量程力传感器输出特性及实验研究( Output characteristics and experimental study of a highly linear and large-range force sensor based on the Villari effect )
Rui Shi Chuanli Wang Caofeng Yu Meijun Xiong Zhuo Chen
基于Villari效应原理,研究了一种以超磁致伸缩材料(GMM)为敏感元件、高线性度、大量程的力传感器。采用一个集成在结构中的霍尔元件来检测磁通密度和测量外力。首先,利用有限元方法验证了磁化过程的有效性。其次,基于Jiles-Atherton(J-A)模型和磁-力耦合效应导出了GMM的磁化方程。在正负效应动态耦合模型下,分析了磁化强度与偏置磁场、磁化强度与外力的关系。最后,实验确定了各种偏置磁场和外力对传感器输出特性的影响。当偏置电流为1.2 A,预载为120 N时,所设计的力传感器的灵敏度为0.337 mV/N;当施加1000 N的力时,线性度为0.82%。实验结果与理论设计值一致。这些研究结果有助于高线性、大量程力传感器的研制。本研究为研制一种可用于工业测试的高性能力传感器提供了理论和技术基础。
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