[发明专利]一种可提高换能效率的磁致伸缩波导丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可提高换能效率的磁致伸缩波导丝及其制备方法。本发明中磁致伸缩波导丝包括波导丝和磁致伸缩粉末涂层；磁致伸缩粉末涂层为在波导丝的表面均匀喷涂一层磁致伸缩粉末后形成。其制备方法如下：首先使用丙酮溶液清洗波导丝，将波导丝进行预热，遮挡波导丝的盲区段后，将磁致伸缩粉末均匀喷涂在波导丝的表面后使得在波导丝表面形成磁致伸缩粉末涂层；取下遮挡物，对波导丝进行校直处理后，最终制备获得磁致伸缩波导丝。本发明的磁致伸缩波导丝使高频脉冲电流所产生的周向磁场主要集中于涂层内部，提高了同一激励条件下所激发扭转波的强度，使该扭转波传播至拾波线圈时可输出信噪比更高的感应波形，从而降低了信号处理的难度。

技术领域

本发明涉及了磁致伸缩位移传感器领域的一种磁致伸缩波导丝，尤其涉及一种可提高换能效率的磁致伸缩波导丝及其制备方法。

背景技术

磁致伸缩位移传感器是一种测量物体绝对位移的装置，因其精度高、寿命长、无需定期标定等优势，在石油、化工、水利等需要位移监测的工程领域得到广泛应用。

作为磁致伸缩位移传感器的核心部件之一，波导丝是脉冲电流和导波的共同传输载体，其性能的优劣将直接影响传感器的性能表现。波导丝通常由磁致伸缩材料经冷拉后形成，直径一般在0.5～1.0mm范围内，材料要求具备良好的机械性能以便于加工和抗震，较大的饱和磁致伸缩系数以产生显著的魏德曼效应，较高的机电耦合系数以减少涡流和磁滞损失，较好的热稳定性以减小温度对扭转波波速的影响。

磁致伸缩材料大致可分为金属磁致伸缩材料、铁氧体磁致伸缩材料和稀土超磁致伸缩材料。金属磁致伸缩材料的机械性能和热稳定性较好，便于加工出波导丝所需的丝材，但其饱和磁致伸缩系数和电声转换效率较低，目前常制成中短量程磁致伸缩位移传感器中所需的波导丝。稀土超磁致伸缩材料具有很大的饱和磁致伸缩系数和较高的机电耦合效率，但这类材料本身的脆性较大，难以加工出波导丝所需的丝材，而且由于磁致伸缩位移传感器往往需要工作在存在震动的工业现场，机械性能较差的波导丝将直接降低传感器整体的可靠性。

目前，磁致伸缩位移传感器中所使用波导丝的材料主要为金属磁致伸缩材料，如Fe-Ni、Fe-Ga等，可以在中短量程范围内满足测量的要求。但由于金属磁致伸缩材料本身的属性，在大量程应用场合中面临材料的磁致伸缩系数和机械性能之间的取舍问题，扭转波在波导丝中长距离传播后衰减较大，导致拾波线圈在检测导波时对应的输出信号微弱，信噪比下降明显，从而增大了信号处理的难度并限制了传感器有效量程的进一步提升。

传统大量程磁致伸缩位移传感器所采用的波导丝为满足加工成型的要求，通常选用机械性能较好的磁致伸缩材料，而材料所对应的饱和磁致伸缩系数较小，在相同磁场强度下波导丝的应变量较小。由于激励产生的扭转波在传播过程中受内摩擦、不均匀反射等因素影响而不断衰减，导致传播路径较长时拾波线圈所接收到的导波信号较为微弱，不利于后续信号的分析处理。

发明内容

为了克服目前在大量程磁致伸缩位移传感器中使用单一波导丝材料导致回波信号微弱的问题，本发明提供了一种可提高换能效率的磁致伸缩波导丝及其制备方法。本发明在相同激励条件下可以保证波导丝在保持芯部良好机械性能的同时提高扭转波激发时的换能效率，使拾波线圈通过维拉里效应获得信噪比更高的感应波形。

一、一种可提高换能效率的磁致伸缩波导丝

所述磁致伸缩波导丝包括无涂层波导丝和磁致伸缩粉末涂层；所述磁致伸缩粉末涂层为在无涂层波导丝的表面均匀喷涂一层磁致伸缩粉末后形成。

所述磁致伸缩粉末的颗粒直径为30～40um。

所述磁致伸缩粉末的饱和磁致伸缩系数至少大于200ppm。

所述磁致伸缩粉末的声阻抗与无涂层波导丝的声阻抗相同。

所述磁致伸缩粉末涂层的厚度为磁致伸缩波导丝中的脉冲电流的激励频率所对应趋肤深度的3～5倍。