磁弹性传感器性能测试与分析

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  摘要:本文介绍了磁弹性传感器谐振频率测量方法,研究了当传感器尺寸、表面负载质量、所处的环境及其他物理因素变化时谐振频率及振幅随之变化的关系。
  关键词:生物传感器;磁致伸缩;无线;磁弹性传感器
  磁弹性生物传感器是近几年发展起来的一种无线检测技术,其信号的激发与传送是通过磁场进行的,是无线无源传感器,将为生命科学和临床医学研究提供一种有效的活体、在体分析新技术。
  1.磁弹性传感器原理
  磁弹性传感器在外加交变磁场中,膜片受磁场激发产生磁矩,将磁性能量转换为弹性能量,产生沿长度方向的伸缩振动,即磁致伸缩。当交变磁场的频率与磁性膜片的机械振动频率相等时,膜片产生共振,此时具有最大振幅,此时的振动频率为磁性膜片的共振频率。磁性膜片伸缩振动产生的磁通由检测线圈检测,信号经放大后由外部仪器测定。3.实验分析及结论
  3.1.无负载传感器的共振频率 是与材料性能和物理长度有关: 其中L是传感器的长度,ρ是密度,E是弹性。共振频率与尺寸长度成反比。
  3.2.传感器共振频率与负载涂层有关[2]: 如果 和 是大量的传感器总涂层,那么在涂层之前的测量频率 和采用涂层之后的测量频率 的比率是: ,表明无线磁传感器共振频率会因为改变涂层质量或弹性而发生改变。
  3.3.磁性传感器平台的无线传输能力允许它被用于液体环境[3]。在高粘性液体中, ,传感器的谐振频移 为: 对于低粘性液体中, ,谐振频移变为: 其中 为液体粘度, 为密度, 为传入液体深度。表明传感器的振动频率正比于液体密度粘度的乘积。
  磁传感器已应用到国民经济、国防建设和人们生活的方方面面。搞清了以上特点之后,相信随着时间的推移其应用地位和作用将更加突出。
  参考文献:
  [1]杨唐胜,蔡青云,何令文.新型磁弹性传感器及其信号检测电路设计[R].长沙:湖南大学,2008
  [2]C.A.Grimes,C.S.Mungle,K.Zeng,M.K.Jain,
  W.R.Dreschel,M.Paulose,and K.G.Ong, “(Invited paper) wireless magnetoelastic resonance sensors:a critical review,”
  Sensors,vol.2,p294–313,2002
  [3]金纪东.基于磁致伸缩效应的无损检测技术研究[D].武汉:华中科技大学机械电子工程,2002,10-11.
  作者简介:张富忠(1986-),男,甘肃民乐。
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