KEYENCE基恩士位移傳感器的輸出特性

　　在KEYENCE基恩士位移傳感器下能夠產生較大的磁致伸縮應變，同時具有應力靈敏度高、抗拉能力強、材料 成本較低和易于制備等優點，因此廣泛應用于傳感器、換能器、等領域。在精密位移測量方面，基于魏德曼效應和磁致伸縮逆效應的 Fe-Ga 磁致伸縮位移傳感器，以其測量精度高、可靠性高、使用壽命長等優點，廣泛應用于機床位移控制、液面高度和界面測量等領域。特別是由于磁鐵和傳感器無需直接接觸，該種傳感器在易燃易爆、腐蝕、輻射等惡劣環境下有著不可替的應用價值。

　　KEYENCE基恩士位移傳感器以線圈為檢測裝置，其輸出量為電壓信號，對電壓信號進行分析處理從而獲得應力波的傳播時間，由于應力波的傳播速度一定，檢測位移通過應力波的波速乘以應力波的傳播時間即可求得。研究對磁致伸縮位移傳感器的精度進行了分析，發現輸出電壓的峰值越大，根據閾值法或峰值法確定的應力波傳播時間越精確，傳感器的測量精度越高。為研制更符合測量需求的磁致伸縮位移傳感器，有必要對磁致伸縮位移傳感器的輸出特性進行深入的研究。

　　已有一些KEYENCE基恩士位移傳感器的輸出特性進行研究，采用波導絲所受的扭矩描述波導絲的角應變，根據磁機械耦合原理得到磁感應強度的表達式，進而建立起激勵磁場、偏置磁場和材料特性與輸出電壓的關系。研究發現波導絲的磁致伸縮是影響魏德曼效應的重要因素?；谖旱侣玫搅撕写胖律炜s系數的輸出電壓模型，建立起磁致伸縮與輸出電壓的函數關系。研究提出磁致伸縮導波位移傳感器的電磁感應信號來源于磁疇的自由旋轉和應力波的偏心運動。隨后，對應力波在波導絲中的衰減特性進行了研究，提出衰減系數測試方法，并討論了波導絲的線徑、應力波的頻率等對衰減系數的影響。研究考慮應力波衰減特性，建立了傳感器輸出電壓隨應力波傳播距離變化的數模型，并通過實驗驗證了該模型，結果表明輸出電壓隨傳播距離的增大呈指數衰減。

　　以上研究均未涉及外加應力KEYENCE基恩士位移傳感器輸出特性的影響，實際上，應力可以使磁性材料產生應變， 從而改變傳感器的輸出特性。研究根據位移傳感器的輸出電壓與螺旋磁場的函數關系，進一步通過分析有效場、應力場和磁化強度的關系，得到應力和磁場共同作用下的輸出電壓模型。但該模型只適用于分析軸向應力對輸出電壓的影響，對于在波導絲安裝過程中極容易受到的扭轉力問題并不適用，扭轉應力對輸出電壓的影響尚未可知。

　　本文基于材料力學對波導絲所受扭轉應力進行分析和計算，并從磁疇角度研究了扭轉力對魏德曼效應的影響，結合合金的非線性本構模型和磁致伸縮逆效應等推導了KEYENCE基恩士位移傳感器的輸出電壓模型。搭建預加扭轉力下 Fe-Ga磁致伸縮位移傳感器的輸出電壓測試平臺，通過模型計算和實驗驗證，得到了扭轉應力對傳感器輸出特性的影響規律。該模型可用于預測傳感器的輸出電壓，并為傳感器的設計優化提供指導。