基于FeGa材料的大位移磁致伸缩传感技术研究

本项目利用FeGa材料固有的超大磁致伸缩系数和易加工成型的特性，首次提出将Fe（100-x）Gax（x<30）材料应用于磁致伸缩大位移（5-20米）传感器，研究基于这种材料的大位移磁致伸缩传感器的信号获取与处理方法。通过研制一套针对长距离（5-20米）的磁致伸缩传位移感器测试平台，系统研究分析FeGa材料在正交处的扭转效应（超声波）的强度，超声波在超长距离传播中的衰减程度，以及经过长距离的传播后，什么样的接收装置能将其有效地接收，在此基础提出一套基于DSP的大位移磁致伸缩传感信号处理方法。本研究中，采用数字积分器解决长距离长时间积分问题，通过外围电路形成符合工业标准的4-20mA信号输出和ProfiBus工业总线接口。

FeGa材料具有超大磁致伸缩系数和易加工成型的特性，对实现大位移磁致伸缩传感技术具有重要意义。因此，本项目首先通过建立磁致伸缩数学模型，研究了Fe(100-x)Gax的磁致伸缩性能，确定Fe83Ga17为波导材料；通过进一步研究Fe83Ga17材料的磁滞特性和磁场特性，验证了其在大位移磁致伸缩传感技术上的优势。其次，在弹性波传递模型的基础上，分析了弹性波信号的衰减特性和影响因素，实验结果验证了模型的有效性。同时，探索了基于压电陶瓷的信号拾取新方式，设计了一种差分式拾音器结构，该方法有效提升了对弹性波信号的拾取效率，并且建立了基于该结构的信号输出模型，为弹性波信号接收的研究提供了理论依据。接着，通过对回波信号的检测和频率特性的分析，设计了基于MAX275芯片的四阶带通滤波器，实验结果表明该滤波器不仅可以有效抑制噪声，提高信噪比达10.2dB，同时也可以减轻剩磁现象等干扰因素对回波信号的影响。本研究还探讨了位移测量和回波信号分析处理方法，设计了传感器信号处理系统，利用回波信号检测装置接收回波信号，将该信号经过放大滤波、A/D转换，再输入到DSP中，对采集的信号使用峰值筛选算法，计算出磁致伸缩位移传感器测量的位移值，并在此基础上，采用双磁铁进行温度补偿设计，修正了测量结果。最后，设计了磁致伸缩位移传感器实验测试系统，完成了基于FeGa材料的磁致伸缩位移传感器技术方案的实现。