磁致伸縮材料是指磁致伸縮系數值較大的材料。用于傳感器的磁致伸縮材料，除了要求由較高的磁致伸縮系數值之外，還要求有高的磁場靈敏度；主要采用非晶磁致伸縮材料，磁致伸縮型傳感器是利用材料的磁致伸縮逆效應做成的。本文是：磁性傳感器的現狀和未來的第二部分。
1、利用Wiedemann逆效應的磁場-電流傳感器
1.1魏德曼效應和傳感器原理
魏德曼效應是一種磁力學效應：將各向同性磁致伸縮磁鐵圓筒置于與其軸平行的均勻磁場中，將一根導線沿其軸傳入該圓筒中，通以直流電流，產生環形磁場。結果，在磁性體中行程螺形磁場，圓筒體產生扭轉變形。
本傳感器利用逆魏德曼效應：先將非晶線扭轉，由逆魏德曼效應在非晶線中產生螺形各向異性。若給此非晶線通入交流電流，當電流方向改變時，由交流電流產生的元周磁場也反向。而且對于此元周磁場的某一確定的臨界值，磁化狀態也換向。如果在此非晶線上繞上檢測線圈，則磁化強度的縱向分量的換向，會在檢測線圈中產生電壓。他是沿時間軸周期性的一系列窄的開關峰。外加直流磁場對此波形的額影響只是改變這些峰的時間對稱性，由此產生二號諧波信號。檢測這個二次諧波信號幅度就可知道外場的大小。
1.2傳感器的構成和性能
非晶線用水中淬火法制作。尺寸為φ125μmX12CM將其中的一根通以500mA電流退火1min，非晶線扭轉52.36弧度/米厚固定，繞于非晶線上的檢測線圈為2000匝，交流勵磁電流為25-80mA，頻率為40-5000Hz；外加磁場為0-56A/m用HP35660A動態信號分析儀測量其輸出。結果如下：
1）經退火的非晶線的二次諧波信號幅度大于淬火態非晶線，尤其是在基頻較高時兩者的二次諧波信號輸出曲線明顯的分離。
2）曲線上均由連個可用于檢測磁場的線性區，一個在0-16A/m之間，另一個在16-40A/m之間。但在此兩區域內，傳感器靈敏度不相同，前者高于后者。
3）采用較高的勵磁電流可得到較高的二次諧波輸出，以采用40-80mA為宜。
4）退火非晶線具有較高的靈敏度，在工作區內，基頻為4kHz時靈敏度大25mV。
本磁場傳感器的優點是結構簡單，靈敏度高，工作頻率和勵磁電流較低。
2、裸線管式扭矩傳感器
扭矩傳感器以轉軸為對象，它應具有以下特點：
1）傳感器與轉軸不接觸，安裝維修方便
2）輸出不受軸轉動影響，即軸靜止、低速、高速轉動時均可檢測；
3）可檢測瞬時扭矩。螺線管式扭矩傳感器利用逆磁致伸縮效應檢測扭矩，具備上述特點。而且靈敏度高、易于小型化，是現在研究的主流。
傳遞大扭矩的軸，通常需進行表面硬化處理，這種熱處理會大大影響轉軸本身的磁致伸縮效應。因此，用螺線管直接檢測轉軸的扭矩是困難的。為了克服這種磁性和機械強度之間的兼容性不足，在轉軸表面粘貼與軸承45°角的八字形布置的Fe基非晶薄帶，利用非晶薄帶的磁致伸縮逆效應檢測扭矩，已處于使用階段。
2.1原理和結構
轉軸在扭矩T的作用下，在于軸向成±45°的方向上產生主應力，再由磁致伸縮逆效應在主應力方向感生出各種異性，非晶薄帶的磁化率隨之變化。因此只要測的磁導率的變化也就知道了。
2.2影響性能的因素
薄帶的彎曲應力感省的的大小可由薄帶的初始曲率控制，kb是決定動態范圍和靈敏度的重要參數，kb越小，靈敏度越高。初始曲率是將薄帶置于直徑為D的圓柱體表面（薄帶軸向與圓柱體軸向成45°角）一起進行退火設定的。
更加巧妙-的利用kb還能提供對靈敏度隨溫度變化的自動補償機構，即隨著溫度的提高，適當的減小Kb，就能補償隨溫度升高而下降的靈敏度（靈敏度下降的原因是應力-磁轉換效率隨溫度升高而下降）。方法之一是使用熱處理后冷卻時產生的熱應力。
這類扭矩傳感器，對于非磁性軸已實際應用，目前需要的軸長是軸徑的三倍，因此，需要進一步縮短軸長。這就首先要求縮短薄帶占得軸向長度。而不降低靈敏度。方法之一是將八字形粘貼的伯帶改成倒V字形粘貼，前者是分離開的，后者則靠攏在一起，靈敏度可提高。
磁致伸縮材料除扎鐵和爆貼非晶薄帶外，還可用電鍍法、濺射法、線爆噴涂法等工藝形成八字形的薄膜（主要使用坡莫合金）。
3．非晶機械應力傳感器
在許多情況下需要大量的應力傳感器來顯示應力分布，E．Hristofoi'ou(5)提出一種小型靈敏價廉的傳感器，用比較簡單的電路構成大的陣列 主要利用超聲波傳輸效應。
5．1原理
用磁致伸縮材料做的超聲延遲線的一端有一個讀出線圈。磁致伸縮材料是非晶臺金Metglas26 05 SC薄帶，寬度是lm1 有一勵磁導線在P點與延遲線垂直相交，間隙通常小于11m．其中通以固定輻度(L=1420A )的電流脒沖(持續時間約2 s)。此電流產-生的脈沖磁場在延遲線P點處影戒一應力脈沖，它以聲速傳播到檢測線圈處，并由手磁致伸縮逆效應在檢測線圈中產生脈沖電壓一(如圖4(6))。 的幅度隨在P點進入延遲線的脈沖磁通的幅度變化， 即取決于L和勵磁線與延遲線間的耦臺度。本傳感器的應力傳感功能正是通過改變這一耦臺度達到的，其方法有下列兩種。j．2 兩種結梅_種方法是采用一塊高磁導率的無源磁芯，在機械應力作用下磁芯與導線間距離改變，如強4(c)所示，這會改變進入延遲線脈沖磁通的比例太小(即耦合度)。因此，實質上這是一個位移傳感器。但是由于位移量非常小，借助予適當的柔性配件(compli—aat mountings)，它也可以作應力傳感器，躅4(c)是一種變型。無磁芯時， 由于結構上的對稱性，輸出為零；在有磁芯時，它對靠近它的那根勵磁線進入非晶延遲線的脈沖磁通的增強作用要大些，從而破壞了對稱性．有輸出電壓。而且當d越小時．電壓脈沖幅
度越大。但在口=0．5—2．0mm盼范圍內。當高磁導率磁芯上不加張應力時，對延遲線來說，它是一個磁阻很低的分支路．這時輸出電壓很小；當磁芯上加上張應力時，其磁導率降低，分路作用大大降低，輸出電壓 變大。因此輸出電壓受應力控制。在應力為0—7ON／mm。的范圍內， 。·～應力曲線的線性相當好．適用于作傳感器。
此外，根據上述原理．在延遲線上的不同位置，可有很多的平行的勵磁線與它相交，構成一維的序列。備勵磁線可同時勵磁，結果在檢測線圈中得到一串電壓脈沖，而且按它們到達的時間可進行鑒別。這樣的結構還可擴展成二維的陣列，其中有多根平行的延遲線，每根延遲線有各自的檢測線圈．并共用一組勵磁線。這種應力傳感器已用于研究運動員步法用的走道(walkway for gait studies)。預期的應用有監測作用于人體(躺著或坐著)上的壓力用的軟墊和機構手的‘觸覺表面。二維陣列還可用于測量界面上的壓力或剪切力的分布。
5．5 男一種應力傳感囂
利用Fe基磁致伸縮非晶薄帶或線材具有良好的超聲波傳輸特性，采用差動線圈構成簡單的壓力傳感器。線圈1和線圈2產生超聲波，傳輸到線圈3處。當壓力尸不存在時，兩超聲波在線圈3處相互抵消 當通過孔A加上壓力尸時，該處產生應力感生各向異性，引起兩超聲波不平衡。寬為10ram的薄帶，用1 50kH z正弦場激勵時輸出電壓 與靜水壓尸的關系。此外，利用非晶材料的超聲波傳輸效應還可構成脈沖序列振蕩型距離傳感器，檢測范圍為l0ftm~1200ram，非線性度和磁滯低于0．5嘶滿刻度。Goto等人研制了霜凍傳感器和接觸傳感器，當霜凝結在非晶帶上或手指接觸薄帶時， 由于感生各向異性，超聲波傳輸強度迅速衰減：而任何維滴都不影響傳輸強度．霜凍傳感器甩于電冰箱、冷藏箱．
4． 非晶大巴克豪森效應距離傳感器
磁性距離傳感器在機電和醫療領域的需求在擴大，數字式距離傳感器中，磁記錄式磁足具有高的精度，可用于數控領域；模擬型距離傳感器適合于要求快速影應、操作簡易的領域，如超聲波傳輸效應型傳感器。但是由于超聲波傳輸速度者快(4—5kin／s)，因此，距離檢測精度低，而且有反射波不易除去。這里介紹一種利用非晶磁致伸縮線大巴克豪森效應的新型距離傳感器。
4．1曩理和結構
在形成反向疇并長大所需的磁場(反向疇形成場)H 比180。疇壁矯頑力日。大的磁性體中，當外場一達到日 時，磁矩就一致地反轉，使疇壁有一大幅度的移動，這就是大巴克豪森效應。這樣的磁性體的磁滯回線是蜂腰形的． 在畸壁矯頑力日 的軟磁材料中，要得到這樣的磁化特性 必須用一些方法來提高反向疇的形成場日*。在非晶臺金中，日。很小，用感生各向異性的方法可將日 提高到， 。以上，從而獲得在低磁場中一致反轉的高靈敏度大巴克豪森效應元件，用于距離傳感器，旋轉編碼器、方位傳感器等。
用于距離傳感器的非晶線中必須只有一個疇壁，在外場( > )作用下作等速壁移。由于疇壁很薄．通過檢測線圈的時間很短，可獲得尖銳的脈沖電壓。為了確保只有一個疇壁， 必須小于 。這個的疇壁來自非晶線一端的另一個線圈所產生的反向疇。由于非晶沒有晶界．這是不難做到的。
非晶線置于細玻璃管中。為了在整個線材長度內使勵磁場 均勻，勵磁線圈也遍及線材全長。其左端另設一個形成反向疇的線圈，它產生的磁場> 。用間距為 的兩個檢測線圈(以左邊一個為坐標原點)，檢測疇壁通過對的電壓脈沖，時間差的 ， 由f可確定 值。這種傳感器具有波形失真小，無反射波，沒有距離造成的衰減等優點。
4．2性能
自由狀態下的 0 m非晶線的f一 曲線硝有上凸．線性不夠好；們0 m非晶線的一 曲線線性較好．個別位置有些彎曲，非線性度為一2嘶／滿、刻度。加扭力后就可將勵磁場 值設定在比 高得多的值，從而改善疇壁傳輸特性。給 3O m和 0 m非晶線分別加上Ⅳ=l 1和21tur~$／m的扭應力，分別設定在5A／m和72A／m．f— 曲線表明，在O~lO00mm的范圍內，線性有明顯改進。對于 Op．m非晶線．個別位置的曲也消失了．非線性小于0．7嘶／滿刻度。疇壁傳輸速度為300~400m／s．比超聲波(磁致伸縮波)傳輸速度低一個數量級．有利于提高檢測精度。
5． 其它磁致伸縮型非晶磁傳感器(7)
5．1非昌大巴競豪森效應磁場傳感器
利用非品線場大巴克豪森效應，對8A／m的弱磁場也能感生出在別的磁性材料中不能得到的尖銳的高次諧波電 壓脈沖。用120F．m鑄態線．長10cm， 夾子透明封條之間 與物品相毒，在美國已用作店鋪防盜傳感簽條(tag)，1991年已達數千萬根，是傳感器素材中產量的。利用大巴克豪森效應 用 30 m， 長10ram的拉制非晶線做成傳感器頭，與旋轉充磁體配臺可制成高靈敏度、高應管速度型脈沖方式轉速傳感器， 已有實際應用。5．2 Tablet(圖形轅入裝置)它是一種用永磁體控制非晶線中磁致伸縮渡(超聲波)傳輸強度的一種傳感器。在Fe基非晶線中超聲波傳輸比在薄帶中平穩，因此．采用非晶線材。
