Partially Loaded Magnetoelastic Sensors With Customizable Sensitivities for Large Force Measurements

磁致伸缩 磁场 材料科学 声学 磁通量 逆磁致伸缩效应 压力(语言学) 磁能 灵敏度(控制系统) 能量(信号处理) 物理 电子工程 工程类 磁化 语言学 哲学 量子力学
作者
Brandon D. Pereles,Andrew J. DeRouin,Keat Ghee Ong
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:15 (1): 591-597 被引量:6
标识
DOI:10.1109/jsen.2014.2348500
摘要

Magnetoelastic sensors are typically made of strips of magnetostrictive materials that efficiently convert magnetic energy into mechanical energy, and vice versa. When exposed to an ac magnetic field, the sensor vibrates, producing a secondary magnetic flux that can be remotely detected. If the frequency of the ac magnetic field matches the sensor's resonant frequency, the magnetic-mechanical energy conversion is optimal, resulting in a large secondary magnetic flux. The magnetoelastic sensor has been used to monitor physical parameters relevant to force, such as mass or stress, since its resonant frequency, indirectly through the $\Delta E$ effect, is dependent on the magnitude of an applied force. Typically, the applied force must be significantly less than the weight of the sensor or it completely dampens the sensor's resonance. Presented here is the design and operation of a magnetoelastic sensor capable of monitoring large forces by applying partial loading to strategic points on a sensor. The characterization and analysis of this new magnetoelastic sensor is presented along with numerical modeling to illustrate the proposed sensing mechanism. Additionally, an array of magnetoelastic sensors were deployed to demonstrate monitoring of force loading on the lock-in portion of a lock-in style lower limb prosthetic sleeve.

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