基于磁致伸缩材料的自传感驱动器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，包括驱动部分、传感部分；其中，所述驱动部分包括驱动线圈和驱动体；所述传感部分包括激励线圈、感应线圈、传感体；所述驱动体主要由磁致伸缩材料制成，驱动体在驱动信号的作用下发生磁致伸缩效应，驱动体伸长或缩短，使得驱动部分输出位移和力；所述传感体主要由磁致伸缩材料制成，感应线圈在激励信号作用下输出感应信号V1；传感部分受到来自驱动部分的冲击作用后，传感体磁场发生变化，传感部分感应线圈输出的感应信号变化为V2；通过测量感应线圈输出的信号变化V检测出驱动部分的位移和力的大小。本发明专利技术能够同时实现驱动器和传感器的功能，提高了结构紧凑度、驱动精度和传感效率。

Self-sensing Driver Based on Magnetostrictive Materials

The invention provides a self-sensing driver based on magnetostrictive material, including a driving part and a sensing part, in which the driving part includes a driving coil and a driving body, and the sensing part includes an exciting coil, an induction coil and a sensing body. The driving body is mainly made of magnetostrictive material, and the driving body produces magnetostrictive effect under the action of a driving signal. The driving body extends or shortens to make the driving part output displacement and force; the sensing body is mainly made of magnetostrictive material, and the induction coil outputs the induction signal V1 under the action of excitation signal; the magnetic field of the sensing body changes after the impact from the driving part, and the induction signal output by the induction coil of the sensing part changes to V2; the induction signal is transmitted by measuring the induction coil. The signal change V detects the displacement and force of the driving part. The invention can simultaneously realize the functions of a driver and a sensor, and improve the structure compactness, driving accuracy and sensing efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于磁致伸缩材料的自传感驱动器
本专利技术涉及驱动器和传感器
，具体地涉及一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器。
技术介绍
磁致伸缩效应是指磁性物质在磁化过程中因外磁场条件的改变而发生几何尺寸可逆变化的效应。磁致伸缩材料在外部磁场作用下会产生物理应变，同时其压磁系数、杨氏模量与磁导率等物理参数会产生相应的变化。磁致伸缩材料在受到外力作用时，其磁化曲线会随应力变化，这种现象称为Villari效应，也被称为磁致伸缩逆效应。基于磁致伸缩材料的磁致伸缩效应设计驱动器，基于磁致伸缩材料的其他效应(如Villari效应)设计传感器，成为一个很有潜力的领域。现有的专利，例如公开号为CN206399361U，专利技术名称为《一种高精度磁致伸缩线性位移传感器》的中国专利申请，提供了一种基于磁致伸缩效应的位移传感器。公开号为CN104167954A，专利技术名称为《一种无线圈永磁励磁的线性磁致伸缩驱动器》的中国专利申请，提供了一种无线圈纯永磁励磁的可控磁致伸缩驱动器。但是这些专利申请提出的磁致伸缩驱动器或传感器，均只能实现单一的驱动或者传感功能，没有对这两种功能进行整合，结构不紧凑，往往需要占据更大的空间。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器。根据本专利技术提供的一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，包括驱动部分、传感部分；其中，所述驱动部分包括驱动线圈和驱动体；所述传感部分包括激励线圈、感应线圈、传感体；所述驱动体主要由磁致伸缩材料制成，驱动线圈输入驱动信号后，驱动体在驱动信号的作用下发生磁致伸缩效应，驱动体伸长或缩短，使得驱动部分输出位移和力；所述传感体主要由磁致伸缩材料制成；激励线圈输入激励信号后，感应线圈在激励信号作用下输出感应信号V1；传感部分受到来自驱动部分的冲击作用后，传感体在磁致伸缩逆效应的作用下，传感体磁场发生变化，传感部分感应线圈输出的感应信号变化为V2；通过测量感应线圈输出的信号变化V(δ)检测出驱动部分的位移和力的大小；其中，V(δ)＝V1-V2，δ为检测变量。优选地，所述激励信号是比驱动信号小很得多的高频小信号，高频小信号使传感部分输出的位移和力相对驱动信号使驱动部分输出的位移和力而言忽略不计；通过调整激励线圈的信号频率，使得感应线圈的感应电压处于相对磁场的变化率最大的工作点。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体主要由矩形框架状磁致伸缩材料制成，左右两侧各绕线圈，其中一侧为激励线圈，另一侧为感应线圈，传感体与驱动体碰撞的一端设置有半圆形凸起部。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩材料圆筒组成；所述传感部分的传感体主要由磁致伸缩棒组成，传感体内置于驱动体的圆筒中，其中，传感体上缠绕感应线圈，驱动部分的驱动线圈兼构成传感部分的激励线圈。优选地，所述驱动部分的驱动体和传感部分的传感体包括同一磁致伸缩棒，磁致伸缩棒上缠绕沿径向内外侧布置的线圈，外侧缠绕驱动线圈，内侧一端部缠绕激励线圈，内侧另一端部缠绕感应线圈。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩圆筒组成；所述传感部分的传感体主要由棒状压电材料和驱动部分的圆筒形驱动体组成，传感体的压电材料部分内置于驱动体圆筒中，其中，压电材料两端输入激励信号，驱动部分的驱动线圈兼构成传感部分的感应线圈。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由第一磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体包括永磁体、第二磁致伸缩棒，第二磁致伸缩棒上缠绕的线圈兼构成激励线圈和感应线圈，永磁体位于第一磁致伸缩棒和第二磁致伸缩棒之间。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体主要由磁致伸缩材料、高磁导率金属制成的矩形框架组成，其中左右两侧各绕线圈，其中一侧为激励线圈，另一侧为感应线圈，矩形框架组成仅缠绕激励线圈的部分由磁致伸缩材料制成，矩形框架其余部分主要由高磁导率金属制成；驱动部分的驱动体位于感应部分方形框架的左下侧或右下侧，并与矩形框架的一侧边对齐。优选地，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体分为两部分，每部分各缠绕一个线圈，一个为激励线圈，另一个为感应线圈；传感体的一部分为主要由磁致伸缩材料和高磁导率金属组成的棒，其中缠绕线圈的部分为磁致伸缩材料；传感体的另一部分包括C形高磁导率金属环，C形高磁导率金属环开口部分上侧设置有一个与传感体棒状部分直径相当的通孔，传感体的棒状部分贯穿这个通孔；C形高磁导率金属环上缠绕有线圈；驱动部分的驱动体位于感应部分矩形框架的左下侧或右下侧，并与矩形框架的一侧边对齐。优选地，包括驱动部分、传感部分；其中，所述驱动部分包括驱动线圈和驱动体；所述传感部分包括激励线圈、感应线圈、传感体；所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体分为两部分，每部分各缠绕一个线圈，一个为激励线圈，另一个为感应线圈；传感体的一部分为主要由高磁导率金属、低磁导率金属组成的棒，其中，传感体的棒状部分上部主要由低磁导率金属组成，下部主要由高磁导率金属组成，传感体的棒状部分由高磁导率金属组成的部分缠绕线圈；传感体的另一部分包括C形高磁导率金属环，C形高磁导率金属环开口部分上、下两侧各设置有一个与传感体棒状部分直径相当的通孔，传感体的棒状部分贯穿这个通孔，低磁导率金属棒穿过C形高磁导率金属环上侧的通孔，并与高磁导率金属棒在C形高磁导率金属环的端面处相接触；C形高磁导率金属环上缠绕有线圈；驱动部分的驱动体位于感应部分矩形框架的左下侧或右下侧，并与矩形框架的一侧边对齐；驱动线圈输入驱动信号后，驱动体在驱动信号的作用下发生磁致伸缩效应，驱动体伸长或缩短，使得驱动部分输出位移和力；激励线圈输入激励信号后，感应线圈在激励信号作用下输出感应信号V1；传感部分受到来自驱动部分的冲击作用后，低磁导率金属棒向上移动，其下方的高磁导率金属棒代替低磁导率金属棒组成部分磁路，传感体磁场发生变化，传感部分感应线圈输出的感应信号变化为V2；通过测量感应线圈输出的信号变化V(δ)检测出驱动部分的位移和力的大小，其中，V(δ)＝V1-V2，δ为检测变量。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术将驱动部分和传感部分整合到一起，提高了结构的紧凑度，减小了装置的体积，尤其适用于空间狭小的作业环境。2、本专利技术利用了磁致伸缩材料，同时实现驱动和传感的功能，并且能够对驱动部分输出的位移和力进行精确实时控制，提高了驱动精度和传感效率。3、本专利技术通过调整激励线圈的电流频率，使得感应线圈的感生电压处于相对磁场的变化率最大的工作点，提高了检测灵敏度。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例1结构及工作原理示意图。图2为本专利技术实施例2结构及工作原理示意图。图3为本专利技术实施例3结构及工作原理示意图。图4为本专利技术实施例4结构及工作原理示意图。图5为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，包括驱动部分、传感部分；其中，所述驱动部分包括驱动线圈和驱动体；所述传感部分包括激励线圈、感应线圈、传感体；所述驱动体主要由磁致伸缩材料制成，驱动线圈输入驱动信号后，驱动体在驱动信号的作用下发生磁致伸缩效应，驱动体伸长或缩短，使得驱动部分输出位移和力；所述传感体主要由磁致伸缩材料制成；激励线圈输入激励信号后，感应线圈在激励信号作用下输出感应信号V1；传感部分受到来自驱动部分的冲击作用后，传感体在磁致伸缩逆效应的作用下，传感体磁场发生变化，传感部分感应线圈输出的感应信号变化为V2；通过测量感应线圈输出的信号变化V(δ)检测出驱动部分的位移和力的大小；其中，V(δ)＝V1‑V2，δ为检测变量。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，包括驱动部分、传感部分；其中，所述驱动部分包括驱动线圈和驱动体；所述传感部分包括激励线圈、感应线圈、传感体；所述驱动体主要由磁致伸缩材料制成，驱动线圈输入驱动信号后，驱动体在驱动信号的作用下发生磁致伸缩效应，驱动体伸长或缩短，使得驱动部分输出位移和力；所述传感体主要由磁致伸缩材料制成；激励线圈输入激励信号后，感应线圈在激励信号作用下输出感应信号V1；传感部分受到来自驱动部分的冲击作用后，传感体在磁致伸缩逆效应的作用下，传感体磁场发生变化，传感部分感应线圈输出的感应信号变化为V2；通过测量感应线圈输出的信号变化V(δ)检测出驱动部分的位移和力的大小；其中，V(δ)＝V1-V2，δ为检测变量。2.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述激励信号是比驱动信号小很得多的高频小信号，高频小信号使传感部分输出的位移和力相对驱动信号使驱动部分输出的位移和力而言忽略不计；通过调整激励线圈的信号频率，使得感应线圈的感应电压处于相对磁场的变化率最大的工作点。3.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体主要由矩形框架状磁致伸缩材料制成，左右两侧各绕线圈，其中一侧为激励线圈，另一侧为感应线圈，传感体与驱动体碰撞的一端设置有半圆形凸起部。4.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩圆筒组成；所述传感部分的传感体主要由磁致伸缩棒组成，传感体内置于驱动体的圆筒中，其中，传感体上缠绕感应线圈，驱动部分的驱动线圈兼构成传感部分的激励线圈。5.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述驱动部分的驱动体和传感部分的传感体包括同一磁致伸缩棒，磁致伸缩棒上缠绕沿径向内外侧布置的线圈，外侧缠绕驱动线圈，内侧一端部缠绕激励线圈，内侧另一端部缠绕感应线圈。6.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由磁致伸缩材料圆筒组成；所述传感部分的传感体主要由棒状压电材料和驱动部分的圆筒形驱动体组成，传感体的压电材料部分内置于驱动体圆筒中，其中，压电材料两端输入激励信号，驱动部分的驱动线圈兼构成传感部分的感应线圈。7.根据权利要求1所述的基于磁致伸缩材料的自传感驱动器，其特征在于，所述驱动部分主要由缠绕有驱动线圈的驱动体组成，其中驱动体主要由第一磁致伸缩棒组成；所述传感部分的传感体包括永磁体、第二磁致伸缩棒，第二磁致伸缩棒上缠绕的线圈兼构成激励线圈和感应线圈，永磁体位于第一磁致伸缩棒和第二磁致伸缩棒...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌堂，刘鲁楠，杨诣坤，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31