磁电效应传感器有哪些(ssi磁致伸缩位移传感器品牌有哪些)

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在上一篇文章中，我们提到了软磁和硬磁材料。

其实这些材料都是铁磁材料。

铁磁材料有一个共同的特点，就是可以被磁化。

根据磁化的程度，即磁导率，可分为坡莫合金、硅钢等强磁导率材料和钴钢、铸钢等普通磁导率材料。

几种铁磁材料的磁导率：之所以用硅钢片做变压器铁芯，是因为其饱和磁通密度高，而矫顽力和剩磁磁通小，即磁滞损耗小。坡莫合金具有高磁导率，是一种理想的磁屏蔽材料。图片来源：J.O. Aibangbee1和O. Onohaebi2，铁磁材料特性：使用磁滞回线测量在磁芯设计中的应用。

　　磁导率

生活中，我们经常用磁铁来吸引钉子、螺丝钉、针等物体。

这些东西能被磁铁吸引是因为磁铁在内部感应(磁化)出一个磁场，磁铁内部的磁场和感应出的磁场相互吸引。

所以一般理解磁导率可以认为是材料磁化的难易程度。材料的磁导率越高，就越容易被磁化。

从数值上来说，磁导率是感应磁场与外部磁场的比值。感应磁场越强，磁导率越高，吸引力越强。

空气、木材、塑料、黄铜和钛合金等。是非磁性材料。外部磁场不会在其中感应出磁性，所以不会被磁铁吸引。铁、镍、钴、钆、硅钢等。是导磁材料。当暴露在外部磁场中时，可以在它们中感应出磁场，因此它们可以被吸引。

　　磁畴

为什么有些材料容易导磁性，而有些材料不容易？

这要从微观结构说起。

从微观上看，铁磁材料中有许多磁畴。

磁畴示意图，及其在外磁场作用下的排列变化。

磁畴可以理解为铁磁材料内部有许多微小的椭圆形永磁体。

当材料没有被磁化时，磁畴是随机排列的。如果材料被磁化，磁畴的方向大致平行于外部磁场，因此材料的整体尺寸会发生变化。

磁致伸缩的基本原理：中间图形没有外加磁场，磁畴随机排列，材料处于自然长度状态。上图中，当施加垂直方向的外磁场时，磁畴也垂直排列，导致材料变短。在下图中，当施加水平方向的外部磁场时，磁畴也水平排列，导致材料的长度。

　　磁致伸缩效应

基于磁畴，我们很容易理解磁致伸缩效应。

形容词（adjective的缩写）磁致伸缩效应(焦耳效应):

几乎所有的铁磁性材料，如铁、镍、钴及其合金，都会因磁化强度的变化而发生尺寸和形状的变化。这种效应称为磁致伸缩效应。

因为这个效应是焦耳发现的，所以也叫焦耳效应。

所有铁磁材料都经历磁致伸缩。例如，当磁致伸缩棒被放置在平行于棒的长度方向的磁场中时，棒将改变其长度。

用于磁致伸缩传感器的材料的长度变化非常小，通常在10-6m/m的数量级.

由于磁致伸缩传感器不仅利用磁致伸缩效应，还涉及到其他几个相关的效应，这里也顺便提一下。

B.维拉利尔效应：

相反，对磁致伸缩材料施加应力会改变其磁性(磁导率)。例如扭转磁致伸缩元件或磁化导线会导致磁化强度的变化，这种现象称为维拉里效应。

碳（carbon的缩写）魏德曼效应：

由磁致伸缩材料制成的线的一个重要特征是Widman效应：当轴向磁场施加到磁致伸缩线时

扭转是由永磁体的轴向磁场和磁致伸缩导线周围的周向磁场之间的相互作用引起的。(通电的导线会在导线周围产生周向磁场，我们在之前的文章《感应电机的原理是什么？它有哪些优缺点？有哪些典型应用？》中也提到过。)

磁致伸缩传感器的工作原理

磁致伸缩传感器基于焦耳、维拉里和魏德曼效应工作。

一方面，施加的力或力矩产生应力，会改变磁致伸缩材料的磁导率，导致其磁化强度的变化。

另一方面，外加磁场会改变磁致伸缩材料的磁性状态，导致其弹性常数的变化。

磁致伸缩位置传感器的工作机理：图示为磁致伸缩位置传感器的核心组成。脉冲被施加到铁磁性线，并且在该线周围产生环形磁场。一个永久磁铁(矩形或环形)被连接到一个移动物体上，该物体的位置将被测量。永磁体的磁场与电流脉冲的磁场相互作用，导致波导以机械脉冲的形式弹性变形。声波以音速沿波导管双向传播，最终被拾波线圈拾取。图片来自MTS。

看更详细的图。

磁致伸缩位置传感器的工作原理，图片来自Sensorland。在波导管的一端，一小片称为胶带的磁致伸缩材料被焊接到波导管上。磁带穿过一个线圈，被一个叫做偏置磁铁的小永久磁铁磁化。当声波沿波导传播到胶带时，声波产生的应力会引起胶带中的磁导率变化(维拉利尔效应)。这又导致磁带的磁通密度发生变化，于是从线圈中感应出输出脉冲(这里用的是法拉第电磁感应，之前我们讲感应电机的时候提到过。感兴趣的朋友可以查看这里)。

在波导的另一端，未使用的脉冲被阻尼模块衰减，以防止对返回/反射脉冲的进一步干扰。

因此，可以通过使用从发送电流脉冲到接收应变脉冲所经过的时间T来精确地确定物体的位置：物体的位置=Vs *t/2，其中Vs是波导的传播速度。

为了保证输出的准确性，激光干涉仪通常用于在生产的最后阶段确定或校准波导中的实际传播速度。

磁致伸缩传感器提供绝对位置信息，与增量式编码器不同，断电时不需要复位。

一个真正的磁致伸缩位置传感器，图片来自Temposonics。

磁致伸缩传感器最大的特点是还可以使用多个位置磁铁配合一个波导，非常适合检测多个部件沿同一运动轴的位置信息，如分切机上的刀具，可以测量5m以上的行程范围，分辨率为1 mm。

05磁致伸缩传感器的应用

磁致伸缩传感器用于测量液位：永磁体隐藏在浮子中。当液位变化时，磁体移动，波导在不同位置被激发传播，最终被传感器中的探测器探测到。

磁致伸缩传感器用于测量：(a)压力：结构主要由上下刚性板、励磁线圈和检测线圈围绕铁芯组成。当外力作用于刚性板时，会改变磁致伸缩铁芯的应变，进而改变检测线圈中的磁导率和磁通密度。从电磁感应效应可知，检测线圈中会感应出变化的电流。(b)振动：振动力作用在磁致弹性带上，引起应变，带内磁芯的磁化率发生变化，线圈中感应出波动电流。