A magnetostrictive force sensor

Kleinke, Darrell K.; Uras, H. Mehmet

doi:10.1063/1.1144863

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“…However, piezoelectric materials are too brittle and cannot withstand large tensile loads. (8,9) Also, the materials can only be subjected to one-dimensional compressive forces.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Parametric Design and Experimental Research for An Iron–Gallium Alloy Force Sensor

2016

Sensors and Materials

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A magnetostrictive force sensor that can be used to measure alternating load is presented. Iron-gallium alloy (Galfenol) is used as the sensing element. The sensor was developed based on a closed structure. A finite element method was employed to optimally design the size of the excitation coil and the flux path. Simulation results show that the flux density distribution can be clearly improved after optimization. Energy efficiency analysis shows that the energy efficiency of the proposed sensor can be increased more than 5 times that of the open structure sensor. To study the sensing behavior, a discrete energy-averaged model was developed to analyze the susceptibility change of Galfenol when it was loaded with alternating stress. Experimental results show that the model can predict the change in susceptibility with good accuracy. The linear part of susceptibility was selected to calibrate the sensor with an alternating load of ±1270 N magnitude. Experiments were conducted to verify the calibration.

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“…However, piezoelectric materials are too brittle and cannot withstand large tensile loads. (8,9) Also, the materials can only be subjected to one-dimensional compressive forces.…”

Section: Introductionmentioning

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Parametric Design and Experimental Research for An Iron–Gallium Alloy Force Sensor

2016

Sensors and Materials

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“….. Figura 9 -Curvas de magnetostricção para diferentes orientações cristalográficas. (1) [111], 20 ppm; (2) [110], 30 ppm; (3) [112], 60 ppm; (4) [112] 30 ppm [7] . ..... 33…”

Section: Lista De Figurasunclassified

“….. Figura 14 -Desenho esquemático do funcionamento de um sensor de deformação magnetostrictivo. Adaptado de [3] . .. Figura 15 -Variação da voltagem de detecção em função do número de espiras de detecção e excitação, utilizado como elemento magnetostrictivo um aço 1018 (frequência de 500 Hz e corrente de 4 mA rms).…”

Section: Lista De Figurasunclassified

“….. Figura 15 -Variação da voltagem de detecção em função do número de espiras de detecção e excitação, utilizado como elemento magnetostrictivo um aço 1018 (frequência de 500 Hz e corrente de 4 mA rms). Adaptado de [3] . .. Figura 16 -Voltagem de detecção em função da frequência de excitação para diversas correntes de excitações, utilizado como elemento magnetostrictivo um aço 1018.…”

Section: Lista De Figurasunclassified

“…Adaptado de [3] . Figura 17 -Voltagem de detecção em função da corrente de excitação para diversas frequências, utilizado como elemento magnetostrictivo um aço 1018.…”

Section: Lista De Figurasunclassified

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Construção de um transdutor quase-estatíco de tensão mecânica em propriedades magnéticas, aplicado a Liga (Fe0,8Al0,2)98.B2

Dias¹

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de S. D.) por todos os abraços (de recepção e despedida). Eles me fizeram perceber que não importa quanto tempo eu esteja navegando em mar aberto, sempre terei um porto seguro para retornar. Em especial, agradeço ao meu irmão (Artur B. de S. Dias) por todas as noites que passamos na "velocidade e agressão", por nos tornarmos "caras que não dormem desde o natal" e que "tem permissão executiva" ("be ready to piau!").Agradeço a minha namorada (Andressa M. Scalco) por todas as risadas e bons momentos que passamos. Sinto-me confiante e seguro com ela, pois nossas conversas diárias são como um navio resistente e veloz, que me permite navegar bem sobre calmarias e tempestades. Além disso, os melhores lanches são feitos com bastante requeijão e amor.Agradeço a minha orientadora (Cristina Bormio Nunes) pela oportunidade deste mestrado. A sincronicidade dos eventos desse trabalho mostra como as coisas não são ao acaso, já que fui resgatado do ponto de carona pelo galeão da minha orientadora, garantindo assim o meu próprio navio. Agradeço aos meus velhos amigos (Bruno S. de Lima, Mariane Capellari e MatheusMartini) pelo companheirismo, que nossa amizade continue a crescer.Agradeço também aos meus amigos Erlon Z. Santos e Marcela Gobo por todos os roles lost que fizemos. Eu sei que meu barco se distanciou, mas saibam que vocês estão guardados dentro do meu peito e não esquecerei os bons momentos que passamos. In the present research, a transducer was built to measure the changes of magnetic induction (B) and magnetostriction () for soft ferromagnetic materials in function of applied magnetic field (H) (voltage V) and mechanical stress ().The transducer comprises two excitation coils connected at a current/voltage supply (to apply the magnetic field in the magnetostrictive element) and a magnetic core, to concentrate the magnetic flux in the ferromagnetic material. The magnetostriction is measured by strain gauges, the mechanical stress is applied by a material test system (EMIC), the magnetic induction is measured using a pick-up coil connected to a fluxmeter and the acquisition of the data was measured by a Labview software. These systems measure the curve B vs. V and  vs. V for constant  and B vs.  e  vs.  for constant V. From this curves, it is possible to acquire the material´s sensibility and analyse the feasibility of then in application like sensor and actuators. Using this transducer, it was possible to characterize a FeAlB alloy and to compare it with a GALFENOL sample, which is the most used material of this class. The alloys show sensibility (up to 10 MPa) about 0,020 T/MPa to the GALFENOL and 0,012 T/MPa to FeAlB alloy. If we consider that the FeAlB alloy does not have the best chemical composition to reach the higher magnetostriction, there is a lot o thing to study, like different composition and the appropriate processing to obtain the desired texture.

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Magnetostrictive Devices

Dapino¹,

Calkins²,

Flatau³

1999

Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering

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The sections in this article are Magnetostrictive Materials Magnetostrictive Device Transduction Basics The Magnetoelastic Effect Magnetostrictive Actuators Magnetostrictive Sensor Applications Magnetostrictive Device Modeling Concluding Remarks

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A magnetostrictive force sensor

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Parametric Design and Experimental Research for An Iron–Gallium Alloy Force Sensor

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