磁致伸缩传感器理论与应用

本书应用材料学、电磁学、机械学和生物医学等多学科理论，重点介绍东北电力大学机器人传感与控制实验室近年来在基于磁致伸缩效应的无线无源传感器方面所取得的研究成果，具体包括其在智能骨板、跨功能3D打印智能骨骼、可穿戴医疗检测系统、智能牙齿机器人以及具有解耦功能的二维无线无源力检测等的研制、性能分析以及在实际医学、工业领域的应用等。

前言
第1章 磁致伸缩材料及应用 1
1.1 磁致伸缩效应及机理 1
1.1.1 磁致伸缩效应 1
1.1.2 磁致伸缩机理 3
1.2 磁致伸缩理论基础 8
1.2.1 磁致伸缩的唯象理论 8
1.2.2 磁致伸缩的量子理论 10
1.3 磁致伸缩材料 11
1.3.1 磁致伸缩材料的起源 11
1.3.2 超磁致伸缩材料的发展 13
1.3.3 磁致伸缩材料的分类 14
1.3.4 超磁致伸缩材料的应用特性 15
1.4 磁致伸缩材料的应用 18
1.5 本章小结 27
参考文献 27
第2章 磁致伸缩骨性能检测传感器 30
2.1 磁致伸缩人工骨应力检测传感器研究意义 30
2.2 人工骨应力检测国内外研究现状 31
2.3 面向人工骨应力检测的磁致伸缩传感器 32
2.3.1 无线无源磁致伸缩人工骨力检测工作原理 33
2.3.2 人工骨力检测性能实验研究 36
2.3.3 实验结果分析及讨论 41
2.4 人工骨动态应力检测与实验 43
2.4.1 人工骨动态应力检测原理 43
2.4.2 人工骨动态应力检测方案 43
2.4.3 人工骨动态应力检测实验系统搭建 44
2.4.4 人工骨动态应力检测实验结果 46
2.5 本章小结 50
参考文献 50
第3章 无线无源骨板应力检测传感器 52
3.1 骨板应力检测传感器的研究意义 52
3.2 胫骨-骨板-螺钉建模及有限元分析 53
3.2.1 胫骨-骨板-螺钉模型建立 54
3.2.2 骨板有限元模型 54
3.3 骨板应力检测实验系统搭建 55
3.3.1 实验准备 55
3.3.2 实验系统搭建及力加载平台 56
3.4 实验研究及结果分析 57
3.4.1 有限元模型分析结果 57
3.4.2 TBS原型的实验结果 59
3.4.3 实验结果分析讨论 61
3.5 本章小结 61
参考文献 62
第4章 磁致伸缩传感器检测生物人工骨降解状态 64
4.1 生物降解量检测的应用意义 64
4.2 现有降解量的检测方法 64
4.2.1 镁合金生物制品降解量检测方法分析 65
4.2.2 聚乳酸生物制品降解量检测方法分析 66
4.3 基于磁致伸缩传感器的镁基-人工骨降解状态检测 66
4.3.1 磁致伸缩传感器工作原理 67
4.3.2 镁基-人工骨设计与制备 68
4.3.3 MBS用于镁基-人工骨降解量的检测 68
4.3.4 镁基-人工骨降解量检测实验研究 70
4.3.5 实验结果分析及讨论 72
4.4 基于磁致伸缩传感器的聚乳酸人工骨降解状态检测 75
4.4.1 植入 MBS的 PAB制备 75
4.4.2 磁致伸缩传感器的理论分析 76
4.4.3 PAB降解速率计算方法 77
4.4.4 应用 MBS检测 PAB的降解状态 78
4.4.5 MBS检测 PAB的降解状态实验结果 78
4.4.6 实验结果分析与讨论 82
4.5 本章小结 85
参考文献 85
第5章 基于磁致伸缩效应的二维无线无源力传感器 90
5.1 二维无线无源力传感器材料选用及工作原理 90
5.1.1 二维无线无源力传感器磁致伸缩材料的选用 90
5.1.2 二维无线无源力传感器材料选用 91
5.2 传感器弹性体结构设计、优化及加工制作 92
5.2.1 传感器弹性体结构设计 92
5.2.2 传感器弹性体结构优化 99
5.2.3 二维无线无源力传感器制作 106
5.3 传感器信号检测系统设计与传感器测试 111
5.3.1 检测系统总体设计方案 111
5.3.2 激励模块设计 111
5.3.3 检测模块设计 113
5.3.4 传感器信号检测系统搭建 115
5.3.5 二维无线无源力传感器测试 116
5.4 二维无线无源力传感器静态解耦研究 117
5.4.1 二维无线无源力传感器解耦分析与评价指标 117
5.4.2 基于线性的二维无线无源力传感器静态解耦 118
5.4.3 基于非线性的二维无线无源力传感器静态解耦 122
5.4.4 静态解耦方法对比分析 130
5.5 二维无线无源力传感器实验研究 130
5.5.1 传感器标定平台与标定方法 130
5.5.2 二维无线无源力传感器标定实验 135
5.5.3 二维复合力加载实验 138
5.5.4 传感器回滞实验 138
5.6 本章小结 140
参考文献 140
第6章 磁致伸缩人工骨能量回收 141
6.1 能量回收国内外研究现状 141
6.1.1 国外研究现状 141
6.1.2 国内研究现状 142
6.2 材料及方法 143
6.2.1 能量回收材料 143
6.2.2 人工骨能量回收装置的结构 143
6.2.3 能量回收操作机理 144
6.2.4 能量回收特性理论分析 145
6.2.5 人工骨实验模型制备 146
6.3 人工骨能量回收系统实验研究 147
6.3.1 实验平台搭建 147
6.3.2 实验结果 148
6.4 实验结果分析及讨论 154
6.5 本章小结 158
参考文献 158