抗磁悬浮技术作为一种无需外界能量输入即可实现物质常温被动稳定悬浮的技术凭借其高灵敏性的特点引起了国内外众多学者的关注。本课题组本着结构健康监测等特殊领域对高分辨率倾角传感器需求出发,针对高分辨率高精度抗磁悬浮倾角传感器的设计研究已开展了相关研究工作,取得了一定的研究成果并以“A Novel High-resolution Inclination Sensor Based on Diamagnetic Levitation”为主题发表于期刊《Sensors and Actuators: A. Physical》2022年8月16日第343卷中(https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113686)。课题组周瑾教授为本文的通讯作者,徐园平副教授为本文的第一作者,硕士研究生江琦琦、本科毕业生杨科及郭勤涛副教授分别作为本文的第二、三、五作者,南京航空航天大学为第一单位。

倾斜程度的精确预估在结构健康监测与预警具有重要的意义,通过实时监测倾斜角度的变化及时提供预警信号能很大程度上减少各方面的损失,然而受土壤条件等因素的影响,结构监测等特殊领域倾角变化缓慢且变化幅度很小,这对倾角传感器的性能提出了很大的挑战。目前已发展出一系列高分辨率倾角传感器,然而大部分高分辨率倾角传感器的适用场景有限,且很难摆脱传统摩擦带来的精度、使用寿命有限的不足。
抗磁悬浮技术作为一种无需外界能量输入即可实现被动稳定悬浮的技术,具有无磨损、无需润滑、低能耗以及低刚度的特点,在高灵敏度传感器领域具有十分广阔的应用前景。基于此,本文提出了一种新型抗磁悬浮原理的倾角传感器。该倾角传感器采用抗磁性物质——石墨棒作为可移动待检测单元。采用光学测量手段提出了倾角测量原理并搭建了试验平台。试验表明该倾角传感器可实现± 0.640°角度范围的测量,灵敏度可达5.590 mm/°,最小分辨率可达0.00019°,具有无摩擦、高灵敏度及高分辨率的特点,在微小倾角的精密测量领域具有很大的应用价值。
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113686