本发明专利技术公开了一种磁致伸缩液位计的磁电检波装置。包括两个磁电复合材料、两个永磁体；永磁体为磁电复合材料提供偏置磁场，第一磁电复合材料一端和第二磁电复合材料一端分别固定于波导丝外圆周的水平切线上，且第一磁电复合材料和第二磁电复合材料关于圆心对称；第一磁电复合材料的另一端的上方平行布置第一永磁体，第二磁电复合材料的另一端的下方平行布置第二永磁体。本发明专利技术通过压电效应，直接将振动信号转换为电信号，转换效率较高，另外可通过偏置磁场调控磁电复合材料的谐振频率以接近扭转波振动频率，从而增大压电材料的输出电压，提高了检波装置对经长距离衰减后的微弱回波信号的检测能力，从而可以增大磁致伸缩液位计的有效量程。
【技术实现步骤摘要】
一种磁致伸缩液位计的磁电复合材料检波装置
本专利技术涉及液位计检波领域，具体涉及一种磁致伸缩液位计的磁电复合材料检波装置。
技术介绍
磁致伸缩液位计是一种利用磁致伸缩效应来测量浮子绝对位置的非接触式传感器，因其精度高、寿命长、可靠稳定等优势，广泛应用于条件恶劣的工业领域，如储油罐、污水池、化学反应釜等。磁致伸缩液位计主要由浮子、波导丝、检波线圈和信号处理单元组成。浮子位于液气分界面，其内安装有永磁体，用以在波导丝内部形成静态轴向磁场。正常工作时，首先向波导丝中通入电流脉冲，致使波导丝上形成瞬时的周向磁场，与波导丝中存在的轴向磁场叠加后，由魏德曼效应可知，在浮子附近的波导丝中将形成扭转波并以一定速度向两端传播。该扭转波经一段时间后到达检波装置，引起磁致伸缩带材中的应力发生变化，根据Villari效应，带材内部的磁感应强度随应力变化而发生改变，此时穿过带材的感应线圈将产生电压信号。将该信号输入信号处理单元，经过放大、滤波后，根据固定阈值将其整形为方波脉冲。根据起始脉冲和终止脉冲得到扭转波的传播时间，最终以传播时间与扭转波波速的乘积计算出液位高度。从上述原理可知，利用Villari效应来检测导波信号将经历两个能量转换过程，分别为机械能到磁能的转换和磁能到电能转换。对于大量程应用场合，如20m高的大型储油罐，扭转波强度经长距离传播后衰减较大，此时再经过上述两个转化过程后在感应线圈中产生的电压信号较为微弱，信噪比低，不利于后续的信号处理和时间测量。
技术实现思路
针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种磁致伸缩液位计的磁电检波装置，其目的是为了解决目前检波装置对微弱回波信号的检测能力不足而导致液位计有效量程受限的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术包括第一磁电复合材料、第二磁电复合材料、第一永磁体和第二永磁体；第一磁电复合材料和第二磁电复合材料水平平行布置且以波导丝的中心为圆心分别点对称布置在波导丝的两侧，且第一磁电复合材料和第二磁电复合材料中靠近波导丝的一端分别固定连接于波导丝外圆周上以圆心对称的两处；与波导丝接触的第一磁电复合材料的一端以及与波导丝接触的第二磁电复合材料的一端之间的连线为过波导丝圆心的、且沿重力方向的一条竖直直径；与波导丝非连接的第一磁电复合材料的另一端的上方平行放置第一永磁体，与波导丝非连接的第二磁电复合材料的另一端的下方平行布置第二永磁体，第一磁电复合材料和第二磁电复合材料均电连接到外部的信号处理单元；与波导丝非连接的第一磁电复合材料的另一端以及与波导丝非连接的第二磁电复合材料的另一端之间按差分结构连接到外部的信号处理单元。所述的第一磁电复合材料和第二磁电复合材料均为两相层合结构，均包括压电材料和磁致伸缩材料，压电材料通过环氧树脂与磁致伸缩材料连接，靠近波导丝的磁致伸缩材料的一端沿波导丝径向固定于波导丝外圆周上，压电材料通过环氧树脂固定粘结于远离波导丝的磁致伸缩材料的另一端上；第一永磁体平行布置于第一磁电复合材料的压电材料的正上方且间隔布置；第二永磁体平行布置于第二磁电复合材料的压电材料的正下方且间隔布置。所述的第一磁电复合材料的压电材料和第二磁电复合材料中的压电材料分别粘接于磁致伸缩材料时保持相同的极化方向，并且，第一磁电复合材料的压电材料的输出端和第二磁电复合材料的压电材料的输出端之间按差分结构连接后输出至外部的信号处理单元进行处理。所述的第一磁电复合材料与第二磁电复合材料的磁致伸缩材料的磁致伸缩系数、杨氏模量相同，第一磁电复合材料与第二磁电复合材料的压电材料的压电常数、弹性常数相同。使得第一磁电复合材料和第二磁电复合材料具有相同的特性参数。所述的压电材料的输出端布置在远离波导丝一端的压电材料的侧面。所述的第一永磁体和第二永磁体的磁极方向平行且磁极布置相反。具体地可以是，所述的第一永磁体和第二永磁体的N极端均朝向靠近波导丝的方向或均朝向远离波导丝的方向，第一永磁体和第二永磁体的S极端均朝向远离波导丝的方向或均朝向靠近波导丝的方向。所述的磁致伸缩材料与波导丝之间通过点焊工艺固接。本专利技术通过永磁体提供的偏置磁场调整磁电复合材料的谐振频率，并将两片压电材料同极性放置以构成差分输出模式，从而有效提高了检波装置对微弱回波信号的检测能力，使输出电压信号的信噪比得到提高。本专利技术的有益效果：相较于通过感应线圈将导波信号转换为电压信号，应用磁电复合材料的优势：(1)通过压电效应，直接将振动信号转换为电信号，转换效率较高。(2)可通过偏置磁场调控磁电复合材料的谐振频率以接近扭转波振动频率，从而增大压电材料的输出电压，提高了检波装置对经长距离衰减后的微弱回波信号的检测能力，从而可以增大磁致伸缩液位计的有效量程。附图说明图1为磁电检波装置的结构示意图；图2为采用磁电检波装置的液位计结构示意图；图3为磁电检波装置与信号处理单元连接的的结构示意图；图4为磁电复合材料的结构。图中，1-第一磁电复合材料，2-第一永磁体，3-波导丝，4-第二永磁体，5-阻尼元件，6-浮子，7-限流电阻，8-电源，9-脉冲激励单元，10-导线，11-压电材料，12-环氧树脂，13-磁致伸缩材料，14-第一磁电复合材料。具体实施方式为了能够更清楚的说明本专利技术的目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面描述中阐述了很多细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施装置限制。如图1所示，本专利技术包括第一磁电复合材料1、第二磁电复合材料14、第一永磁体2和第二永磁体4；第一磁电复合材料1和第二磁电复合材料14水平平行布置且以波导丝3的中心为圆心分别点对称布置在波导丝3的两侧，且第一磁电复合材料1和第二磁电复合材料14中靠近波导丝3的一端分别固定连接于波导丝3外圆周上以圆心对称的两处；与波导丝3接触的第一磁电复合材料1的一端以及与波导丝3接触的第二磁电复合材料14的一端之间的连线为过波导丝3圆心的、且沿重力方向的一条竖直直径；与波导丝3非连接的第一磁电复合材料1的另一端的上方平行放置第一永磁体2，与波导丝3非连接的第二磁电复合材料14的另一端的下方平行布置第二永磁体4，第一磁电复合材料1和第二磁电复合材料14均电连接到外部的信号处理单元；与波导丝3非连接的第一磁电复合材料1的另一端以及与波导丝3非连接的第二磁电复合材料14的另一端之间按差分结构连接到外部的信号处理单元。如图1和图4所示，第一磁电复合材料1和第二磁电复合材料14均为两相层合结构，均包括压电材料11和磁致伸缩材料13，压电材料11通过环氧树脂12与磁致伸缩材料13连接，靠近波导丝3的磁致伸缩材料13的一端沿波导丝3径向固定于波导丝3外圆周上，具体实施的磁致伸缩材料13与波导丝3之间通过点焊工艺固接。压电材料11通过环氧树脂1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁致伸缩液位计的磁电检波装置，其特征在于：包括第一磁电复合材料(1)、第二磁电复合材料(14)、第一永磁体(2)和第二永磁体(4)；/n第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)水平平行布置且以波导丝(3)的中心为圆心分别点对称布置在波导丝(3)的两侧，且第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)中靠近波导丝(3)的一端分别固定连接于波导丝(3)外圆周上以圆心对称的两处；/n第一磁电复合材料(1)的另一端的上方平行放置第一永磁体(2)，第二磁电复合材料(14)的另一端的下方平行布置第二永磁体(4)，第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)均电连接到外部的信号处理单元。/n
【技术特征摘要】
1.一种磁致伸缩液位计的磁电检波装置，其特征在于：包括第一磁电复合材料(1)、第二磁电复合材料(14)、第一永磁体(2)和第二永磁体(4)；
第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)水平平行布置且以波导丝(3)的中心为圆心分别点对称布置在波导丝(3)的两侧，且第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)中靠近波导丝(3)的一端分别固定连接于波导丝(3)外圆周上以圆心对称的两处；
第一磁电复合材料(1)的另一端的上方平行放置第一永磁体(2)，第二磁电复合材料(14)的另一端的下方平行布置第二永磁体(4)，第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)均电连接到外部的信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩液位计的磁电检波装置，其特征在于：所述的第一磁电复合材料(1)和第二磁电复合材料(14)均为两相层合结构，均包括压电材料(11)和磁致伸缩材料(13)，靠近波导丝(3)的磁致伸缩材料(13)的一端沿波导丝(3)径向固定于波导丝(3)外圆周上，压电材料(11)通过环氧树脂(12)固定粘结于远离波导丝(3)的磁致伸缩材料(13)的另一端上；第一永磁体(2)平行布置于第一磁电复合材料(1)的压电材料(11)的正上方；第二永磁体(4)平行布置于第二磁电复合材料(14)的压电材料(11)的正下方。...
【专利技术属性】
技术研发人员：田中山，杨昌群，牛道东，李育特，王现中，郑文轩，陈会明，唐志峰，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司，浙江大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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