專利名稱：鐵基塊體非晶轉速傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵基塊體非晶轉速傳感器，屬于測量旋轉物體角度、速度傳感器。
背景技術：
轉速屬于常規(guī)電測參數(shù)。測量轉速時經(jīng)常采用光電式傳感器或磁電式傳感器進行非接觸性測量。
光電傳感器由于光通過轉盤傳遞時對油或臟物產(chǎn)生的干涉十分敏感，所以光電傳感器的功能元件通常被設計成密封得很好，但在長期使用中還會有油或臟物進入敏感區(qū)域，這會影響傳感器的測量精確度。因此不適合應用于灰塵、油脂及其他污染環(huán)境下工作。
磁電式車速傳感器是一個模擬交流信號的發(fā)生器，它們產(chǎn)生交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的線圈及磁芯組成。線圈的兩個接線柱是傳感器輸出的端子，當由鐵質制成的環(huán)狀翼輪(有時稱為磁組輪)轉動經(jīng)過傳感器時，線圈里將產(chǎn)生交流電壓信號。磁電式傳感器主要包括可變磁阻傳感器(VR)和霍爾效應速度傳感器。霍爾效應速度傳感器需要消耗車體自帶電池電能，而且不能完全經(jīng)受住VR所能經(jīng)受的環(huán)境極限。很多通用運動裝置的工作溫度范圍從-40℃到150℃，這限制了霍爾效應速度傳感器在極端熱及極端冷的環(huán)境條件下的應用。VR傳感器存在一些缺點靈敏度低，傳感器與轉動齒輪的最大間隙(亦稱磁感應距離)只有零點幾毫米；在測量高速旋轉物體的轉速時，因安裝不牢固或受機械振動，容易與齒輪發(fā)生碰撞，安全性較差，惡劣環(huán)境適應性較差。
塊體Fe基非晶棒材是新型高性能功能材料，具有優(yōu)異的力學性能、高耐蝕性能及高導磁、低矯頑力的軟磁綜合性能。國內外投入大量人力物力進行開發(fā)研究以期在實際中應用。最近從美國高級研究計劃局(DARPA)網(wǎng)站獲悉，美國正致力于將非晶材料應用于國防軍工建設，將在未來的地面車輛、艦艇、飛機、導彈和火箭上廣泛應用這種材料。非晶材料可以廣泛應用于變壓器、磁頭、開關型電源、磁屏蔽、張力傳感器及其他特殊材料如因瓦材料、衡彈性材料、吸振材料、刀具材料等。是一發(fā)展迅速的重要新型材料，具有廣闊的發(fā)展空間。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一種靈敏度相對較高，性能穩(wěn)定，結構簡單，安裝方便，可適用于各種惡劣工況條件，對于微弱信號的捕捉和采集脈沖尖銳、無顫動的鐵基塊體非晶轉速傳感器。
本實用新型的目的是由以下方式實現(xiàn)的本實用新型包括外殼、永磁體、線圈、信號處理電路，其特征是外殼內靠近被測物體一端的中部沿徑向設有鐵基塊體非晶棒，線圈設在鐵基塊體非晶棒體上，線圈的兩個輸出端與信號處理電路的輸入端聯(lián)接，永磁體為兩塊，在外殼內相對排列構成穩(wěn)定的磁路，鐵基塊體非晶棒與永磁體的水平距離為2-3mm，垂直間距為0-1mm。
上述永磁體可采用釹鐵硼、釤鈷、釤鐵氮等高性能永磁體，磁體形狀可為方形、圓柱形。鐵基塊體非晶棒可以選用FeAlPCSiB系、FeGaPCSiB系或FeCoNiZrMB系軟磁性能優(yōu)異的鐵基塊體非晶合金系，其中M代表Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的一種。直徑可采用Φ1-Φ3mm，可根據(jù)傳感器外形尺寸及磁體尺寸調整。鐵基塊體非晶作為優(yōu)異軟磁材料，尤其是高導磁特性使其應用于微弱磁傳感器成為可能高的磁導率可以獲得高磁通密度，低的矯頑力可以迅速響應外磁場的變化。本實用新型選用高性能永磁材料，進行磁路設計，測量時當被測物齒輪(導磁性材料)的輪齒(或突起)運動接近到傳感器，齒頂與傳感器的距離最近，氣隙最小，磁阻最小，磁通量最大；齒根與傳感器的氣隙最大，磁阻最大，磁通量最小，齒輪的運動結果引起磁通量隨時間變化，這在線圈中感應出成比例的電壓信號，信號處理電路將輸入信號變成數(shù)字波形(脈沖)，提供給二次儀表。傳感器外殼為無磁不銹鋼或銅等非導磁性材料，帶有螺紋，可以通過螺紋調節(jié)傳感器與被測物轉動齒輪的間隙，得到最佳的輸出信號。內部永磁體、非晶棒材、信號處理電路通過樹脂(樹脂及細砂)封裝，加上堵頭和擋片(均為非導磁性材料)兩端封閉，整體固定，達到抗振效果。整個傳感器外形簡單、美觀，使用方便，可以根據(jù)實際應用條件調整傳感器大小，來測量旋轉物體的速度、角度等參量。安裝在磁體附近的鐵基大塊非晶由于其優(yōu)異的軟磁性能，對磁通量的變化非常敏感，從而使傳感器與轉動齒輪的最大間隙(亦稱磁感應距離)大于3毫米信號不失真，遠遠高于傳統(tǒng)的非接觸式磁電傳感器，相對華東師范大學開發(fā)的納米磁敏轉速傳感器(專利號200310108098.4)的2.5mm測試距離有所提高，因此杜絕了在測量高速旋轉物體的轉速時與齒輪發(fā)生碰撞，安全性好。鐵基大塊非晶的晶化溫度大于500℃，耐高低溫性能優(yōu)良，永磁體耐高溫可達200℃；外圍電路比較簡單；反應靈敏，輸出幅度≥10v的方波脈沖信號，可以測量較寬的轉速范圍；尤其適用于惡劣工況條件。
本實用新型的優(yōu)點是1.結構簡單、美觀。磁感應距離達3毫米，防止了測量時與被測物齒輪發(fā)生碰撞，安全性好；不消耗電能，節(jié)省能源。
2.耐溫性能及抗振動性優(yōu)異。鐵基大塊非晶的晶化溫度大于500℃，傳感器耐溫范圍可達-50～200℃；通過樹脂封裝，整體穩(wěn)固，抗振性能好。
3.鐵基大塊非晶具有高導磁率和低矯頑力，能夠精確的捕捉到弱磁信號，脈沖尖銳、無顫動，傳感器輸出脈沖幅值≥10V，測量范圍寬，可達4-3500r/min。
4.性能穩(wěn)定，適用于各種惡劣工況條件。本實用新型設計的轉速傳感器，耐溫、抗振、靈敏度高，具有高的性能價格比，且居里溫度高(≥500℃)，居里溫度以下磁電性能不受環(huán)境溫度影響，傳感器的大小、重量與霍爾傳感器相當、可集成、可數(shù)字化測量與控制，綜合性能優(yōu)異。


圖1為本實用新型結構示意圖。
具體實施方式
參照附圖1，本實用新型包括外殼3、永磁體2、線圈5、信號處理電路，外殼3內靠近被測物體一端的中部沿徑向設有鐵基塊體非晶棒1，線圈5設在鐵基塊體非晶棒體1上，線圈的兩個輸出端與信號處理電路的輸入端聯(lián)接，永磁體2為兩塊，在外殼3內相對排列構成穩(wěn)定的磁路，鐵基塊體非晶棒1與永磁體2的水平距離為2-3mm，垂直間距為0-1mm。
實施例一、如圖1所示，本實施例是由永磁體2(2塊)、塊體非晶棒1、線圈5、信號處理電路、引線8、外殼3組成。在外殼3內采用電木4作為器件的支撐骨架，永磁體2選用高性能釹鐵硼稀土永磁材料，直徑為φ1.5-3mm，長度8-12mm，磁場強度0.3-0.5T。塊體非晶棒1選用鐵基塊體非晶，直徑φ1.5mm，長度6mm，成份選擇為FeGaPCSiB非晶合金。兩塊永磁體2按照設計的磁路加工成圓柱形安裝在電木上，提供穩(wěn)定的磁場。塊體非晶棒1靠近被測物體一端，與永磁體水平距離為2-3mm，垂直間距為0-1mm，永磁體2和塊體非晶棒1用膠水固定在圓形電木4上。信號處理電路包括放大器6和整形電路7，通過引線8提供給外接儀表。鐵基大塊非晶棒1安裝在電木4上靠近齒輪一端，與纏繞其上的線圈5組成信號發(fā)生源。由于塊體非晶棒1的磁導率μ很大，遠遠高于周圍空氣的磁導率，這就使絕大多數(shù)的磁通量集中到塊體非晶內部，齒頂與傳感器的距離最近，氣隙最小，磁阻最小，塊體非晶棒1上通過的磁通量最大；齒根與傳感器的氣隙最大，磁阻最大，塊體非晶棒1上通過的磁通量最小，磁通量驟減，這將在線圈5中感應出成比例的電壓信號。被測物體齒輪旋轉每經(jīng)過傳感器一個輪齒將會產(chǎn)生一個脈沖，以此來測量轉速。因此，永磁體2與傳感器的位置(磁路設計)、傳感器與轉動齒輪的間隙都要有嚴格的要求。得到的信號經(jīng)過放大器6、整形電路7后為放大的穩(wěn)定的方波脈沖信號，輸出脈沖幅值≥10V。通過引線8提供給儀表。測量時，齒輪旋轉一周將產(chǎn)生與齒數(shù)相同方波脈沖信號。外殼3上有螺紋，可根據(jù)實際工作情況調節(jié)磁感應距離。兩端通過擋片和堵頭封閉，內部電木4和信號處理電路由樹脂和細砂封裝固定，整個傳感器外形簡單、美觀，使用方便，用以測量旋轉物體的速度和角度。鐵基大塊非晶具有優(yōu)異的軟磁性能，對于傳感器與轉動齒輪的間隙可以擴大到3mm不失真，保證了安全性。塊體非晶的安裝要與永磁體的磁路設計匹配，使得線圈中的磁通量變化最大，輸出的信號幅值越大，反應越靈敏，測量范圍可達4-3500r/min。塊體非晶晶化溫度高于500℃，在此溫度下軟磁性能不受影響，因此耐高低溫性能良好，適用于惡劣工況條件下應用。依靠磁通量的變化激發(fā)信號，不需消耗電能，節(jié)省能源。
實施例二、所用的永磁體材料選用釤鈷高性能永磁材料，形狀為長方形，寬、高為3-6mm，長度8-12mm，磁場強度0.3-0.5T。塊體非晶棒1選用FeAlPCSiB非晶合金，直徑φ1mm，長度6mm。其他同實施例一。
實施例三、所用的永磁體材料選用釤鐵氮高性能永磁材料，形狀為長方形，寬、高為3-6mm，長度8-12mm，磁場強度0.3-0.5T。塊體非晶棒1選用FeCoNiZrNbB非晶合金，直徑φ2mm，長度6mm。其他同實施例一。
權利要求1.一種鐵基塊體非晶轉速傳感器，包括外殼、永磁體、線圈、信號處理電路，其特征是外殼內靠近被測物體一端的中部沿徑向設有鐵基塊體非晶棒，線圈設在鐵基塊體非晶棒體上，線圈的兩個輸出端與信號處理電路的輸入端聯(lián)接，永磁體為兩塊，在外殼內相對排列構成穩(wěn)定的磁路，鐵基塊體非晶棒與永磁體的水平距離為2-3mm，垂直間距為0-1mm。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵基塊體非晶轉速傳感器，其特征是鐵基塊體非晶棒選用FeAlPCSiB系、FeGaPCSiB系或FeCoNiZrMB系鐵基塊體非晶合金系，其中M代表Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的鐵基塊體非晶轉速傳感器，其特征是鐵基塊體非晶棒的直徑為φ1.5mm，長度為6mm。
專利摘要本實用新型涉及一種鐵基塊體非晶轉速傳感器包括外殼、永磁體、線圈、信號處理電路，其特征是外殼內靠近被測物體一端的中部沿徑向設有鐵基塊體非晶棒，線圈設在鐵基塊體非晶棒體上，線圈的兩個輸出端與信號處理電路的輸入端聯(lián)接，永磁體為兩塊，在外殼內相對排列構成穩(wěn)定的磁路，鐵基塊體非晶棒與永磁體的水平距離為2－3mm，垂直間距為0－1mm。其優(yōu)點是克服了VR傳感器的缺點，具有靈敏度高，磁感應距離大于3mm信號不失真，安全性好；測量范圍寬；耐高低溫性能優(yōu)良；在惡劣工況下其性能不受影響的優(yōu)點。本實用新型為非晶材料軟磁性能的應用開拓了新的領域。
文檔編號G01P3/481GK2864680SQ20052014560
公開日2007年1月31日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者孫小華, 趙軍, 孫廣杰, 趙增祺, 吳晉彬, 羅蒙 申請人:包頭稀土研究院