طراحی و ساخت سنسور استاتیکی هیبریدی نیرو-گشتاور مگنتواستریکتیو بدون تماس با استفاده از گالفنل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید رجایی، تهران، ایران

2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

3 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس

4 مدرسه مهندسی انرژی و الکترونیک، دانشکده تکنولوژی، دانشگاه پورسموث، پورسموث، انگلستان

چکیده

در این مقاله یک سنسور هیبریدی نوین بدون تماس استاتیکی مگنتواستریکتیو نیرو-گشتاور با استفاده از ماده گالفنل ارائه شده است. در ابتدا، روش طراحی سنسور در حالت‌های نیروی محوری و گشتاور پیچشی شرح داده شده است. خواص مغناطیسی-مکانیکی مواد مورد استفاده مانند نمودارهای B-H و نفوذپذیری مغناطیسی تحت پیش‌بارهای مکانیکی و میدان‌های مغناطیسی مختلف اندازه‌گیری شده و در برخی موارد بهبود یافته است که در شبیه‌سازی‌های المان محدود استفاده می‌شود. با استفاده از نتایج بدست آمده، سنسور توسط نرم افزار کامسول به صورت عددی شبیه‌سازی شده است. پس از آن، مجموعه سنسور با استفاده از نتایج شبیه‌سازی المان محدود ساخته شده و عملکرد آن به صورت تجربی در بارگذاری‌ها، جریان‌های الکتریکی و فرکانس‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. حساسیت، تکرارپذیری و خطای خطی‌بودن در دو حالت نیرو و گشتاور پیچشی به طور جداگانه ارائه و شرایط مطلوب عملکرد سنسور گزارش شده است. سپس، صحت نتایج شبیه‌سازی عددی در مقایسه با نتایج تجربی سنجیده شده است. در نهایت، مشخصات عملکردی سنسور در شرایط بهینه گزارش شده و مشاهده شد که حساسیت سنسور با افزایش جریان الکتریکی و فرکانس جریان افزایش می‌یابد. حداکثر حساسیت در حالت بار محوری و بار پیچشی به ترتیب mV/kgf 7349/0 و mV/N.m 24/2 می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Fabrication of a Contactless Hybrid Static Magnetostrictive Force-Torque Sensor Using Galfenol

نویسندگان [English]

  • Shahed Mirzamohammadi 1
  • Mohammad Morad Sheikhi 2
  • Mohammad Reza Karafi 3
  • Mojtaba Ghodsi 4
1 Department of Manufacturing. Faculty of Mechanical Engineering, Shahid Rajaei University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaie Teacher Training University
3 Department of Manufacturing, Faculty of Mechanical Engineering, tarbiat Modares University, Tehran, Iram
4 School of Energy & Electronic Engineering, Faculty of Technology, University of Portsmouth, Portsmouth, UK
چکیده [English]

This paper presents a novel Contactless Hybrid Static Magnetostrictive Force-Torque sensor using Galfenol. Initially, the sensor's design principles in axial force and torque measurements are described. The magneto-mechanical properties of used materials, such as B-H curves and magnetic permeabilities are measured under various mechanical preloads and magnetic fields and improved in some cases. These properties are used in finite element method. The sensor is evaluated numerically using COMSOL Multiphysics® software based on the obtained experimental results. Afterward, the sensor is fabricated based on finite element method results and experimentally tested in different electrical currents and excitation frequencies. Sensitivity, repeatability and linearity errors are presented separately in force and torque measurements in optimal operating condition of the sensor. Then, the finite element method results are verified with the experimental results. Finally, the performance characteristics of the sensor in optimal conditions are presented and it is found that the sensitivity increases while increasing the electrical current (or magnetic field) and frequency. The maximum sensitivities for axial load and torque measurements are obtained at 0.7349 mV/kgf and 2.24 mV/N.m, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sensor
  • Magnetoelasticity
  • Force
  • Torque
  • Galfenol
مهندسی ساخت و تولید ایران
دوره 8، شماره 9
آذر 1400
صفحه 50-59

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار