一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统技术方案

本发明专利技术提出一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，包括磁致伸缩作动器系统和与之相连的传感系统、信息采集控制系统、电源系统、温控系统；所述磁致伸缩作动器系统包括以金属橡胶件和预紧螺栓（2）形成的预应力施加机构，还包括磁致伸缩棒（16）和磁路系统，以及内部设置线圈骨架的磁致伸缩作动器；金属橡胶件包括设于顶杆凸起部与预紧螺栓之间、顶杆凸起部与轴套之间的圆环型金属橡胶（3），所述预紧螺栓对磁致伸缩棒施以预应力，所述圆环型金属橡胶吸收外界激励的高频能量；预应力施加机构以金属橡胶件制备工艺的调整来调节预应力施加机构的阻尼和刚度特性；本发明专利技术具有防漏磁、高阻尼的特点，而且内置主动温控系统。而且内置主动温控系统。而且内置主动温控系统。

【技术实现步骤摘要】
一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统


[0001]本专利技术涉及测试设备
，尤其是一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统。

技术介绍

[0002]磁致伸缩作动器应用在振动主动控制中时，磁致伸缩作动器与振动源相接触，通过驱动磁致伸缩棒产生与振动源频率相同幅值相反的振动来抵消振动源振动，达到对振动进行消除控制的目的。但由于磁致伸缩材料棒具有刚度大，在高频振动难以控制驱动的特点，使得磁致伸缩作动器通常用于控制中低频振动。现有的磁致伸缩作动器通常采用弹簧作为预应力施加机构，加上磁致伸缩棒自身刚度大的特点，使传统磁致伸缩作动器在结构上无阻尼，不具备耗散外部高频激励的能力。
[0003]现有的磁致伸缩性能测试系统没有考虑磁致伸缩作动器线圈漏磁回收及测量的问题，磁场的泄漏会导致测试系统中精密的传感器及其配套的测试装置无法正常运作。
[0004]现有的磁致伸缩性能测试系统不具备主动温度调节功能，不能根据线圈发热对磁致伸缩性能测试系统进行主动温度调节。由于磁致伸缩材料棒的输出属于微米级别，驱动磁致伸缩材料棒的线圈在通入大电流之后会产生严重的发热。线圈产生的热量传导至磁致伸缩材料棒就会产生热膨胀、改变磁致伸缩材料棒磁性能等影响。严重影响对于磁致伸缩材料棒的位移输出测量精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，具有防漏磁、高阻尼的特点，而且内置主动温控系统，可测试磁致伸缩棒在不同温度环境下的性能表现。
[0006]一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，包括磁致伸缩作动器系统和与之相连的传感系统、信息采集控制系统、电源系统、温控系统；所述磁致伸缩作动器系统包括以金属橡胶件和预紧螺栓(2)形成的预应力施加机构，还包括磁致伸缩棒(16)和磁路系统，以及由线圈骨架在内部支撑的磁致伸缩作动器；
[0007]磁致伸缩作动器的顶杆(1)上部设有位于预紧螺栓、轴套(7)之间的凸起部，底座(24)通过紧固件与作动器系统的外壳(15)固定连接；所述金属橡胶件包括设于顶杆凸起部与预紧螺栓之间、顶杆凸起部与轴套之间的圆环型金属橡胶(3)，所述预紧螺栓对磁致伸缩棒施以预应力，所述圆环型金属橡胶吸收外界激励的高频能量；预应力施加机构以金属橡胶件制备工艺的调整来调节预应力施加机构的阻尼和刚度特性。
[0008]所述顶杆接收外界激励后进行轴线方向的往复运动；当顶杆(1)向下运动时，夹在顶杆凸起部与轴套之间的金属橡胶(3)承担部分的外载荷并通过自身阻尼消耗了部分冲击能量；当顶杆延轴线向上运动时，预紧螺栓(2)与顶杆凸起部之间的金属橡胶承受载荷并消耗轴线方向上的冲击能量。
[0009]所述外界激励由线圈骨架处的激励线圈(17)和偏置线圈(18)产生的电磁场施加；
所述线圈骨架设于轴套(7)与磁致伸缩作动器的底座之间。
[0010]所述线圈骨架(12)置于磁致伸缩作动器底座上，其上端、下端均为圆台，下端圆台处设有矩形的线圈线槽(12
‑
1)和传感器线槽(12
‑
2)；
[0011]线圈骨架中心的管状空腔中设有上导磁块(11)、磁致伸缩棒、下导磁块(19)；激励线圈(17)缠绕在线圈骨架(12)内侧，偏置线圈(18)缠绕在激励线圈(17)外；线圈导线通过线圈线槽(12
‑
1)、内导磁架线孔(13
‑
1)、中间导磁架线孔(14
‑
1)、外壳线孔(15
‑
1)引出；
[0012]空心圆柱状的激励线圈(17)与偏置线圈(18)通入电流后在其线圈的中心轴线方向产生磁场，磁场的磁感应线顺着磁致伸缩棒(16)、上导磁块(11)、内导磁端盖(9)、内导磁架(13)、内导磁底座(21)、下导磁块(19)构成的导磁回路进行流通；
[0013]所述测试系统还包括线圈骨架处的漏磁测量机构；所述漏磁测量机构以磁致伸缩棒、上导磁块、下导磁块、内导磁端盖(9)、内导磁架(13)、内导磁底座(21)构成导磁回路，以中层导磁端盖(6)、中间导磁架(14)、中层导磁底座(22)构成漏磁回收回路；所述内导磁端盖与中层导磁端盖间设有隔磁端盖(8)；所述内导磁底座与中层导磁底座相连，使导磁回路与漏磁回收磁路相隔，漏磁回收磁路在回收激励线圈(17)和偏置线圈(18)产生的电磁场漏磁时，将漏磁传导回导磁回路；
[0014]所述中层导磁底座(22)以圆环状凸台将内导磁架(13)与中间导磁架(14)隔开，隔磁端盖(8)将内导磁端盖(9)与中层导磁端盖(6)分开，使得在导磁回路中流通的磁感线不会与漏磁回收回路连通；
[0015]所述中层导磁端盖(6)、中间导磁架(14)、中层导磁底座(22)构成设置在导磁回路外层的漏磁回收回路，用于将泄漏的磁感应线重新吸收；所述泄漏的磁感应线通过中层导磁底座(22)与内导磁层底座(21)从新回到导磁回路完成漏磁回收；
[0016]所述测量统通过特斯拉计对磁致伸缩作动器外部漏磁进行测量，并使用漏磁回收回路来保证磁致伸缩作动器内部磁场的均匀性并增大磁场利用率，同时降低内部磁场泄漏对于传感系统中的电涡流位移传感器的干扰；
[0017]所述特斯拉计与置于霍尔探头支架(27)上的第二霍尔探头相连，以测量激励线圈(17)与偏置线圈(18)产生的磁场在外壳(15)之外的泄漏量；所述霍尔探头支架(27)经螺纹连接固定于作动器底座法兰螺纹孔(24
‑
2)上。
[0018]所述传感系统还包括粘贴在磁致伸缩棒(16)表面的第一贴片温度传感器(25
‑
1)与用于采集磁致伸缩棒应变信息的应变片(26)，以及位于下导磁块开槽(19
‑
1)中用于测量磁致伸缩棒轴向磁场强度的第一霍尔探头(20
‑
1)，还包括粘贴在激励线圈(17)与偏置线圈(18)之间的第二贴片温度传感器(25
‑
2)、置于作动器底座(24)中心的圆柱形凹槽中的动态力传感器(23)；顶杆(1)、上导磁块(11)、磁致伸缩棒(16)、下导磁块(19)、内导磁底座(21)、中层导磁底座(22)、动态力传感器(23)处于同一轴线上；动态力传感器(23)夹在中层导磁底座(22)与作动器底座(24)的缝隙中；
[0019]当外界载荷从顶杆(1)处输入时，外界载荷与预应力延轴线方向传递至动态力传感器(23)上，实现对力的测量；动态力传感器导线通过作动器底座线槽(24
‑
1)、外壳线孔(15
‑
2)引出至上位机的信息采集控制系统；
[0020]电涡流位移传感器(28)使用螺纹固定在端盖(4)上，当线圈产生磁场激励磁致伸缩棒(16)输出位移时，位移量通过上导磁块(11)传到顶杆(1)，电涡流位移传感器(28)通过
测量顶杆(1)在轴线方向的位移量以得到作动器位移输出；当外界施加载荷时，传感系统通过电涡流位移传感器(28)测量出外载荷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，其特征在于：包括磁致伸缩作动器系统和与之相连的传感系统、信息采集控制系统、电源系统、温控系统；所述磁致伸缩作动器系统包括以金属橡胶件和预紧螺栓(2)形成的预应力施加机构，还包括磁致伸缩棒(16)和磁路系统，以及内部设置线圈骨架的磁致伸缩作动器；磁致伸缩作动器的顶杆(1)上部设有位于预紧螺栓、轴套(7)之间的凸起部，底座(24)通过紧固件与作动器系统的外壳(15)固定连接；所述金属橡胶件包括设于顶杆凸起部与预紧螺栓之间、顶杆凸起部与轴套之间的圆环型金属橡胶(3)，所述预紧螺栓对磁致伸缩棒施以预应力，所述圆环型金属橡胶吸收外界激励的高频能量；预应力施加机构以金属橡胶件制备工艺的调整来调节预应力施加机构的阻尼和刚度特性。2.根据权利要求1所述的一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，其特征在于：所述顶杆接收外界激励后进行轴线方向的往复运动；当顶杆(1)向下运动时，夹在顶杆凸起部与轴套之间的金属橡胶(3)承担部分的外载荷并通过自身阻尼消耗了部分冲击能量；当顶杆延轴线向上运动时，预紧螺栓(2)与顶杆凸起部之间的金属橡胶承受载荷并消耗轴线方向上的冲击能量。3.根据权利要求2所述的一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，其特征在于：所述外界激励由线圈骨架处的激励线圈(17)和偏置线圈(18)产生的电磁场施加；所述线圈骨架设于轴套(7)与磁致伸缩作动器的底座之间。4.根据权利要求3所述的一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，其特征在于：所述线圈骨架(12)置于磁致伸缩作动器底座上，其上端、下端均为圆台，下端圆台处设有矩形的线圈线槽(12
‑
1)和传感器线槽(12
‑
2)；线圈骨架中心的管状空腔中设有上导磁块(11)、磁致伸缩棒、下导磁块(19)；激励线圈(17)缠绕在线圈骨架(12)内侧，偏置线圈(18)缠绕在激励线圈(17)外；线圈导线通过线圈线槽(12
‑
1)、内导磁架线孔(13
‑
1)、中间导磁架线孔(14
‑
1)、外壳线孔(15
‑
1)引出；空心圆柱状的激励线圈(17)与偏置线圈(18)通入电流后在其线圈的中心轴线方向产生磁场，磁场的磁感应线顺着磁致伸缩棒(16)、上导磁块(11)、内导磁端盖(9)、内导磁架(13)、内导磁底座(21)、下导磁块(19)构成的导磁回路进行流通；所述测试系统还包括线圈骨架处的漏磁测量机构；所述漏磁测量机构以磁致伸缩棒、上导磁块、下导磁块、内导磁端盖(9)、内导磁架(13)、内导磁底座(21)构成导磁回路，以中层导磁端盖(6)、中间导磁架(14)、中层导磁底座(22)构成漏磁回收回路；所述内导磁端盖与中层导磁端盖间设有隔磁端盖(8)；所述内导磁底座与中层导磁底座相连，使导磁回路与漏磁回收磁路相隔，漏磁回收磁路在回收激励线圈(17)和偏置线圈(18)产生的电磁场漏磁时，将漏磁传导回导磁回路；所述中层导磁底座(22)以圆环状凸台将内导磁架(13)与中间导磁架(14)隔开，隔磁端盖(8)将内导磁端盖(9)与中层导磁端盖(6)分开，使得在导磁回路中流通的磁感线不会与漏磁回收回路连通；所述中层导磁端盖(6)、中间导磁架(14)、中层导磁底座(22)构成设置在导磁回路外层的漏磁回收回路，用于将泄漏的磁感应线重新吸收；所述泄漏的磁感应线通过中层导磁底座(22)与内导磁层底座(21)从新回到导磁回路完成漏磁回收；所述测量统通过特斯拉计对磁致伸缩作动器外部漏磁进行测量，并使用漏磁回收回路
来保证磁致伸缩作动器内部磁场的均匀性并增大磁场利用率，同时降低内部磁场泄漏对于传感系统中的电涡流位移传感器的干扰；所述特斯拉计与置于霍尔探头支架(27)上的第二霍尔探头相连，以测量激励线圈(17)与偏置线圈(18)产生的磁场在外壳(15)之外的泄漏量；所述霍尔探头支架(27)经螺纹连接固定于作动器底座法兰螺纹孔(24
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2)上。5.根据权利要求4所述的一种防漏磁、高阻尼的磁致伸缩作动器性能测试系统，其特征在于：所述传感系统还包括粘贴在磁致伸缩棒(16)表面的第一贴片温度传感器(25
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1)与用于采集磁致伸缩棒应变信息的应变片(26)，以及位于下导磁块开槽(19
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1)中用于测量磁致伸缩棒轴向磁场强度的第一霍尔探头(20
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1)，还包括粘贴在激励线圈(17)与偏置线圈(18)之间的第二贴片温度传感器(25
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2)、置于作动器底座(24)中心的圆柱形凹槽中的动态力传感器(23)；顶杆(1)、上导磁块(11)、磁致伸缩棒(16)、下导磁块(19)、内导磁底座(21)、中层导磁底座(22)、动态力传感器(23)处于同一轴线上；动态力传感器(23)夹在中层导磁底座(22)与作动器底座(24)的缝隙中；当外界载荷从顶杆(1)处输入时，外界载荷与预应力延轴线方向传递至动态力传感器(23)上，实现对力的测量；动态力传感器导线通过作动器底座线槽(24
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1)、外壳线孔(15
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2)引出至上位机的信息采集控制系统；电涡流位移传感器(28)使用螺纹固定在端盖(4)上，当线圈产生磁场激励磁致伸缩棒(16)输出位移时，位移量通过上导磁块(11)传到顶杆(1)，电涡流位移传感器(28)通过测量顶杆(1)在轴线方向的位移量以得到作动器位移输出；当外界施加载荷时，传感系统通过电涡流位移传感器(28)测量出外载荷对磁致伸缩作动器内部部件造成的变形量；所述温控系统包括设置于线圈骨架内的冷却水路，所述冷却水路的水泵置于外置水箱，驱动冷却水路内的管路的冷却水进行循环流动；所述温控制系统还包括恒温棒、冷排和风扇；所述恒温棒置于水箱中用于加热冷却水，所述冷排与风扇用于使冷却水降温；所述温控系统还包括设于磁致伸缩作动器内的第一温度传感器、第二温度传感器，还包括用于探测水箱中冷却水温度的水箱温度传感器；所述第一温度传感器、第二温度传感器和水箱温度传感器均与单片机相连；单片机通...

【专利技术属性】
技术研发人员：白鸿柏，黄烨阳，吴乙万，娄艺方，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：