[发明专利]一种磁弹性传感器共振频率检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于仪表与信号检测领域，涉及一种磁弹性传感器的共振频率检测装置及其方法。

背景技术

铁磁材料在中频段会发生磁力耦合共振，其共振频率不仅与材料性质和材料尺寸有关，还受外部环境的影响，如温度、压力、粘度等。由铁磁材料做成的磁弹性传感器可以用来制作各种生物和化学微传感器，如血液粘度传感器、胰蛋白酶传感器、α-淀粉酶传感器、磷酸酯酶活性传感器等。这种传感器的优点是测量费用低，而且是非接触测量，除了在实验室使用外，还可以用于生物体的在体测量。测量弹性传感器共振频率的变化可以反映被测物理量的值或变化特征，因此，精确测量磁弹性传感器的共振频率是关键。

磁弹性传感器共振频率的测量是通过测定其在交变磁场激励下的受激振动的共振频率实现的。受交变磁场激励，传感器产生沿长度方向的伸缩振动。由于传感器材料本身是磁性的，其振动产生磁通，并在检测线圈中产生感应电势，感应电势的大小正比于传感器的振动强度。当交变磁场的频率与传感器共振频率相等时，此时具有最大振动强度，产生最大感应电势。由输出频谱的峰值信号可以测定传感器的共振频率。由于检测线圈处在激励线圈所产生的磁场内，即使不放入传感器也会产生磁耦合，在检测线圈上产生与激励信号相同频率的感应电动势，产生背景干扰。相较于激励信号产生的交变磁场，由传感器振动产生的磁通十分弱小。从强大的背景信号中检测出微弱的感应信号是测定的关键。

测量磁弹性传感器共振频率的常用测量方法和检测线圈结构主要是基于脉冲磁场激励法(也称振铃法)，就是给测量线圈加一激励脉冲，传感器在脉冲磁场激励下产生衰减振荡。在激励停止时，根据其衰减振荡频率的特征可以获得传感器的共振频率。如对振荡过程进行频谱分析，其主频分量就是该传感器的共振频率。或采用过零计数法，过零比较器将振荡信号转换为脉冲信号，计数器对方波计数，根据计数计算传感器共振频率。脉冲磁场激励法采用单线圈结构，交直流共用一个线圈，线圈结构和测量电路都很简单实用，但是对于粘度大的液体，由于没有激励信号的支撑，传感器自由振荡衰减很快，使得测量无法进行。

发明内容

为了解决现有磁弹性传感器共振频率检测存在的上述技术问题，本发明提供一种持续激励条件下的磁弹性传感器共振频率检测装置及检测方法，本发明可准确测量磁弹性传感器在不同的介质内的共振频率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种磁弹性传感器共振频率检测方法，包括以下步骤：

(1)将检测线圈放置在激励线圈中；

(2)将磁弹性传感器放置在检测线圈中；

(3)将直流偏置电压以及交流扫频信号加至激励线圈；

(4)从检测线圈的感应输出信号中检测出共振频率。

上述步骤(1)中所述的检测线圈采用对称反绕去耦合复线圈的结构，包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈，两组线圈匝数相同、缠绕位置对称、缠绕方向相反，所述两线圈一端的引出线短接，另一端的引出线作为所述检测线圈的输出端。

一种磁弹性传感器共振频率检测装置，包括检测线圈、激励线圈、直流励磁支路、交流扫频支路、信号检测处理装置，所述检测线圈套装在激励线圈中，所述直流励磁支路与交流扫频支路并联，并联后的电路两端分别连接所述激励线圈的两端，所述信号检测处理装置的信号输入端连接所述检测线圈的两个输出端。

其中直流激励支路为直流源和直流调节器串联构成，用以产生稳定且可调的支流偏置电压，提供传感器的直流偏置磁场。信号发生器和交流调节器串联构成交流扫频支路，用于产生幅度、功率和频率可调的正弦信号输出到激励线圈，用以产生交流激振磁场。所述的信号发生器是指频率合成器，其产生的正弦交流信号的频率和功率都可数控或程控。所述的交流调节器用于放大交流信号。

直流励磁支路以及交流扫频支路并联，并且该两条支路的两端分别接激励线圈的两端。

所述的检测线圈采用对称反绕去耦合复线圈的检测线圈结构，具体地，包括两根平行放置的非导磁管，每一管上分别绕有一组线圈，所述的两组线圈匝数相同、缠绕位置对称、缠绕方向相反，所述两线圈一端的引出线短接，另一端的引出线作为所述检测线圈的输出端。