[发明专利]一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器

说明书

本发明公开了一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，壳体由上至下设置接触头移动腔、磁芯移动腔、层状磁流变弹性体安装腔；接触头移动腔内安装接触头，接触头轴底部连接接触头底盘，接触头轴位于接触头底盘轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘底部下端轴心安装磁芯；磁芯外部缠满漆包线，漆包线两端分别与电源的正负极相连；所述层状磁流变弹性体置于壳体底端层状磁流变弹性体安装腔内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路通过导线与层状磁流变弹性体相连；所述的转换电路与显示器相连。本层状磁流变弹性体的位移传感器具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。

技术领域

本发明涉及智能材料应用技术领域，特别是一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器

背景技术

磁流变弹性体是一种动态特性(储能模量、损耗模量和损耗因子)和电阻值等可随磁场发生变化的智能材料，利用电阻值随磁场发生变化的特点，可将磁流变弹性体用于位移传感器的研制。然而，传统研制的磁流变弹性体厚度较大，当外界磁场发生变化时，磁流变弹性体阻值变化并不是很明显，对此，提出了一种有薄片状磁流变弹性体叠加而成的层状磁流变弹性体，当磁场强度从0变为15mT时，磁流变弹性体的阻值变化幅值达到90％以上。基于层状磁流变弹性体的位移传感器具有反应灵敏、结构简单和制造成本低等优点。

发明内容

1、本发明的目的

本发明为了解决现有技术中，磁流变材料电阻值变化不灵敏的问题，而提出了一种高精度的基于层状磁流变弹性体的位移传感器。

2、本发明所产生的技术方案

本发明提供了一种基于层状磁流变弹性体的位移传感器，包括壳体、弹簧、接触头、磁芯、漆包线、电源、层状磁流变弹性体、转换电路和显示器；

壳体由上至下设置接触头移动腔、磁芯移动腔、层状磁流变弹性体安装腔；接触头移动腔内安装接触头，接触头轴底部连接接触头底盘，接触头轴位于接触头底盘轴心位置，底盘设置上下对应、左右两侧对称的弹簧，接触头底盘底部下端轴心安装磁芯；磁芯外部缠满漆包线，漆包线两端分别与电源的正负极相连；所述层状磁流变弹性体置于壳体底端层状磁流变弹性体安装腔内，由多个磁流变弹性体薄层构成；所述的转换电路通过导线与层状磁流变弹性体相连；所述的转换电路与显示器相连。

为了实现电路的校准功能，调节其中变电阻的大小实现整个电路的增益改变，所述的转换电路由校准单元和监测单元组成；校准单元由第一电源和第二电源、电阻R₃和R₄、运算放大器LM725组成；校准单元中的LM725运算放大器为增益放大器，R₃为反馈电阻，MRE端的输入信号接到LM725运算放大器的同相输入端，输出信号经过电阻R₃接到反相输入端，再经过变电阻R₄接地，实现了信号的同相比例放大，即输出电压与输入电压的幅值成正比，且相位相同。

监测单元由二极管D1和D2并联、电阻R5、R6和R7、运算放大器LM725、电容C3组成；MRE端的电压输入信号接到运放的同相输入端，输出信号经过电阻R₅接到反相输入端，再经过变电阻R₆接地，为了获得更大的电压增益，并且使输出信号相比输入信号变化更加明显，设置电阻R5的大小为R6的1000倍，这样MRE端的微小电压变化都可以由LED显示出来；保护发光二极管电阻R₇连接并联的二极管，并接地，电容C为耦合电容。

更进一步，所述的两个发光二极管D1及D2为不同颜色的发光二极管。

更进一步，所述的磁芯向下运动时，通过层状磁流变弹性体的磁感应强度B发生变化，磁芯的运动位移x与层状磁流变弹性体磁感应强度B的关系可由计算出，其中N为漆包线的匝数，μ₀为真空磁导率，r为漆包线的平均半径，L为磁芯的长度，x为磁芯的运动位移。