非晶态合金是上世纪70年代以来迅速发展起来的一种新型功能材料，它具有良好的软磁特性（低矫顽力、低铁损、高磁导率、高磁致伸缩等：和显著的压磁效应，是测力传感器优良的敏感材料。经过30多年的研究，基于非晶态合金压磁效应的力传感器取得了很大的成果。1978年，日本学者首先报道了用Fe基非晶态合金制成的力传感器。随着人们对非晶态合金制成的力学传感器。随着人们对非晶态合金性能了解的不断加深，利用非晶态合金测量力、应力和扭矩的传感器层出不穷。目前，基于非晶态合金的测力传感器在工业工程中发挥着重要作用，非晶态合金在测力传感器中的应用越来越受到重视。
一、非晶态合金压磁效应
通常非晶态合金传感器测量力、应力和扭矩都是基于非晶态合金的压磁效应。所谓压磁效应是指当磁场中的铁磁材料受到机械力的所用时，在它的内部产生应变，产生应力σ，导致磁导率μ发生变化。磁导率的变化将导致线圈间耦合系数的变化，使输出电势发生变化。
压磁效应本质上是材料的磁系统和机械弹性系统发生了能量交换。具体来讲，如果改变磁感应强度和磁场强度以增加材料的磁能，那么所增加的磁能中，就有一部分会转变成弹性能，使材料的应力和应变发生改变；反之，如果通过改变应力和应变以增加材料的弹性能，那么所增加的弹性能中也有一部分会转变成材料的磁能。
二、非晶态合金力传感器
根据非晶态合金薄带所裁剪的形状可以设计出不同的测力传感器结构。典型的非晶态合金力传感器结构有门字型（如图1所示）和线圈型（图2所示）
下面以广州澳金工业自动化系统有限公司门子型测力传感器说明非晶态合金压磁效应的测力原理：N1为励磁绕组，N2为测量绕组分别绕在磁芯两侧的柱体上（如图1所示）磁力线沿abcd路径闭合。根据压磁效应，在外力P作用下非晶态合金产生应力应变，沿ab和dc方向难以磁化，磁导率下降，使测量线圈中的感应电动势发生变化。然后设计检测电路测量电动势变化，根据电动势就可以得出作用力的大小。
图1中传感器采用门字型冲片叠合而成，冲片用特制夹板夹紧。这种结构的传感器最大的难点是如何将非晶态合金冲片牢固地结合并且能保持原非晶态合金薄带的性能。目前，有一种非晶态合金薄带叠层片的制造方法能保持原非晶态合金薄带优良性能，且结合牢度高，其方法为在非晶态合金薄带表面涂覆一层具有热敏粘结特性的涂层，然后把一定片数的涂层非晶薄带互相叠合并用夹板夹紧，放入热处理炉中进行常规的去应力退火。退火后，一定片数的非晶态合金薄带就被涂层粘结成一体而成为叠层片。
图2中用非晶态合金薄带制成的图形线圈，沿圆圈的直径方向作用一小力，则可在非晶带内产生很大的应力，而应力的变化又使得带的磁导率发生变化，进而导致测量线圈电动势的变化。
图3所示为一种新型传感器结构，讲非晶态合金带缠绕在圆柱体骨架上。这种传感器结构的磁路为开放磁路，而前面两种都是闭合磁路。与前面两种结构相比，这种结构是将非晶态合金层层紧紧缠绕在一起，不需要对非晶态合金薄带进行粘接，并且能够承受很大的力。虽然传感器结构不同导致磁路分析和检测电路的不同，但是它们的测力原理都是基于压磁效应。
三、非晶态合金应力传感器
非晶态合金应力传感器结构如图4所示。将非晶态合金薄带裁剪出一凸起部分，并在凸起部分分别缠绕励磁线圈N1和测量线圈N2，此时凸起部分相当于线圈铁芯。应力传感器的具体尺寸主要由所选非晶态合金材料允许应力决定。
使用非晶态合金应力传感器测量应力时，将非晶态合金应力传感器牢固地附着在被测材料的表面，使其整体沿纵向与被测工件同时发生变形，从而引起铁芯中磁导率的变化，导致电感值改变，实现工件应变的检测。具体地讲，对于λ＞0的铁磁材料，根据压磁效应，被测材料受拉应力时，与拉应力平行方向的磁导率增大，即图5中μAB变为μAB+ΔμAB，μCD变为μCD+ΔμCD，而与拉应力垂直方向难以磁化，即与拉应力垂直方向的磁导率减小；压应力的情况则相反。当在励磁线圈通入一定频率的交流电时，非晶态合金与被测材料便形成闭合磁路（如图5所示）。
由图4所示非晶态合金应力传感器结构只适用于测量单方向的拉应力，如果主应力方向未知，可以采用图6所示的非晶态合金应变花，将其粘贴在被测工件表面上。当被测工件承载时，x与y方向可分别测得σx和σy，通过公式就可以计算出主应力。
四、非晶态合金扭矩传感器
常用的扭矩测量方法大致可分为两类：剪应力法和扭转变形法。利用非晶态合金测量扭矩同样可以使用以上两种方法。其中剪应力法是基于非晶态合金的压磁效应测量轴的主应力（应变）来计算扭矩，基本原理如图7所示。图7所示为一传动轴，在轴上粘贴一层具有明显压磁效应的非晶态合金带，当轴收到扭矩T时，轴和带表面的应力分布如图所示。
基于剪应力法非晶态合金扭矩传感器从结构上可分为同轴线圈式和正交磁头式。同轴线圈式的典型结构如图8所示。将非晶态合金沿传动轴的轴线成 ±45°方向粘贴，当传动轴受扭矩为0时，此时希望非晶态合金薄带存在单轴磁各向异性Kb，这就需要先给轴施加一定的扭矩，再把非晶态合金薄带贴到轴体表面上去。当轴受到扭矩T时将会产生感生磁各向异性Ku,Ku和Kb这两个单轴磁各向异性矢量合称为KuT,非晶态合金的相对磁导率随KuT的变化而变化。
正交磁头式的典型结构如图所示。这种结构中，激励线圈和检测线圈被封装成一个磁头，磁头正对着非晶态薄带安装。正交磁头式由于磁头和轴体分离安装起来比较方便，但是从励磁方式看，同轴线圈式励磁效率明显高于后者。
上述非晶态扭矩传感器是基于非晶态合金的压磁效应来实现的，但由于应力和磁导率之间的关系很难确定，所以测量精度不高。下面介绍两种采用扭转变形法的非晶态合金扭矩传感器。
图10所示是基于磁电感应原理测量扭矩。在转轴上A、B两处分别附着一定厚度的非晶态合金薄带条。磁电式传感器探头C和D对非晶态合金薄带安装。当转轴不受转矩作用时，两传感器输出信号有一初始相位差。承载后，该相位差将随非晶态合金薄带所在横截面之间的相对扭转角的增加而增大，其大小与相对扭转角、转矩成正比。
图10中的传感器是单纯利用磁电感应原理的，图11所示的转矩测量方法，既采用磁电感应原理，又利用了非晶态合金的压磁效应。如图，将非晶态合金薄带沿轴线45°方向附着在转轴上。然后，将磁电式传感器沿45°对正非晶态合金薄带条非接触安装。承载后，一方面该相位差将随非晶态合金薄带条所在横截面之间的相对扭转角的增加而增大，其大小与相对扭转角、扭矩成正比；另一方面，根据压磁效应，沿拉应力方向，磁导率增大，磁阻减小，使用过测量线圈的瞬时磁通量增加，导致传感器输出感应电压增强。与图10中的传感器相比大大提高了传感器输出信号的强度和灵敏度。
通过以上的介绍，非晶态合金在测力传感器中的应用主要是基于压磁效应和软磁特性。试验证明，非晶态合金应用于测力传感器是可行的。然而，通常非晶态合金测力传感器需要对非晶态合金进行附着，并且附着效果对创拿起测量精度影响较大。目前，尽管有多种方法，如电镀、喷涂、等离子、粘贴等，但是大部分附着工艺复杂。因此，需要寻找和研究适合非晶态合金的附着方法。在进行附着时如何保持非晶态合金的原有性能也是需要解决的问题。
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