壓磁式感測器

壓磁式感測器是一種新型感測器，它的優點是輸出功率大、信號強、結構簡單、牢固可靠、抗干擾性好、過載能力強、價格便宜。缺點是測量精度不很高、頻響較低。壓磁式感測器常用於冶金、礦山、運輸等工業部門作為測力和稱重感測器。例如，用於起重運輸的過載保護系統、軋鋼壓力及鋼板厚度的控制系統、鐵路貨車連續稱量系統(即鐵道衡)。構件內應力的無損測量採用壓磁式感測器比用 X射線方法、開槽法、鑽孔法和電阻應變法優越。還可用於實現轉軸扭矩的非接觸測量。壓磁式感測器不僅用於自動控制和機械力的無損測量，而且還用於骨科和運動醫學測試。對於壓磁式感測器測量過程的各個變換階段，它的理論工程計算方法，以及材料和工藝還需深入研究。

壓磁效應 在鐵磁性材料的微觀結構中，小範圍內電子自旋元磁矩之間的相互作用力使相鄰電子元磁矩的方向一致而形成磁疇。磁疇之間相互作用很小。從宏觀上看，在沒有外磁場作用時，各磁疇相互平衡，總磁化強度為零。在有外磁場作用時，各磁疇的磁化強度矢量都轉向外磁場方向，使總磁化強度不為零，直至達到飽和。在磁化過程中各磁疇的界限發生移動，因而使材料產生機械變形。這種現象稱為磁致伸縮效應。反之，在外力的作用下材料內部產生應力，使各磁疇間的界限移動，從而使磁疇的磁化強度矢量轉動，引起材料的總磁化強度發生相應變化。這種現象稱為壓磁效應。如果產生壓磁效應的作用力是拉力，那麼沿作用力方向的導磁率就提高，而在其垂直方向上，導磁率略有降低。反之，該作用力為壓力時，其效果相反。常用的鐵磁材料有硅鋼片、坡莫合金等。大多數情況下採用硅鋼片。把同樣形狀的硅鋼片疊起來就形成一個壓磁元件。

壓磁式感測器結構 壓磁感測器可分為阻流圈式、變壓器式、橋式、電阻式、魏德曼效應和巴克豪森效應感測器。其中阻流圈式、變壓器式和橋式用得較多。①阻流圈式：這種感測器的敏感元件是繞有線圈的用鐵磁材料製成的鐵芯（圖）。在線圈中通有交流電，鐵芯在外力F的作用下導磁率發生變化，磁阻和磁通也相應變化，從而改變了線圈的阻抗，引起線圈中的電流變化。這種結構在不受力時有初始信號，需要用補償電路加以抵消。②變壓器式：在它的鐵芯上有兩個分開的線圈，一是接交流電源的激勵線圈，另一是輸出測量線圈。改變線圈的匝數比即可得到不同檔次的電壓輸出信號（圖）。③橋式：它由兩個垂直交叉放置的Π型鐵芯構成，在兩個鐵芯上分別繞以激磁線圈和測量線圈。這種感測器用於測量鐵磁材料的受力狀況（例如扭矩，圖）,在被測材料上4點P1、s1、P2、s2之間的磁阻形成一個磁橋。在未受力時，由於材料的各向同性，各橋臂磁阻相等，測量線圈內通過兩束方向相反、大小相等的磁通，相互抵消后沒有感應電動勢，輸出為零。當材料受扭矩力M時，其上發生壓磁效應，兩個方向的磁導率發生不同變化，磁橋失去平衡，於是測量線圈就能輸出與扭矩大小成一定關係的感應信號。

參考書目

袁希光主編：《感測器技術手冊》，國防工業出版社，北京，1986。