磁致伸縮位移傳感器

測(cè)桿結(jié)構(gòu):剛性測(cè)桿結(jié)構(gòu)、外置一體式結(jié)構(gòu);

測(cè)桿材質(zhì):不銹鋼 316、鋁型材

測(cè)桿耐壓:≤34MPa(位移);液位:由所選浮子承壓決定

電子倉(cāng)外殼:鋁合金

安裝接口:螺紋連接、固定座

出線方式:直出電纜線、航空插頭

防護(hù)等級(jí):IP65(可根據(jù)要求定制 IP67 或 IP68)

* 內(nèi)部非接觸式測(cè)量

* 性能價(jià)格比高

* 多種輸出方式可供選擇

* 防浪涌、防射頻干擾 * 不需定期標(biāo)定和維護(hù)

* 安裝方便

* 高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性

* 使用壽命長(zhǎng)

* 具有輸入電源反向極性保護(hù)功能

* 結(jié)構(gòu)精巧、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

* 隔離防爆型(可選)

* 伺服液壓油缸活塞位置反饋或預(yù)置

* 研磨機(jī)械位置反饋或預(yù)置

* 木材加工定位控制

* 水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的檢測(cè)與控制

* 紙張和塑料薄膜成型

* 擠注模具機(jī)械

* 吹塑

* 工程機(jī)械

* 金屬成型/剪切沖壓

* 其它機(jī)械定位和位移檢測(cè)

* 水壩閘門* 伺服汽缸活塞位置反饋或預(yù)置

* 鑄鍛機(jī)床位移控制

* 注塑機(jī)模板定位與監(jiān)測(cè)

* 汽輪機(jī)氣阻閥門開度的檢測(cè)與控制

* 玻璃壓制

* 塑料機(jī)械改造

* 氣動(dòng)缸

* 鋼材滾壓

* 食品加工

* 港口機(jī)械

* 船舶舵機(jī)伺服系統(tǒng)

可廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、制藥、食品、飲料等行業(yè)的各種液罐的液位計(jì)量和控制，航天加油系統(tǒng)、汽車加油系統(tǒng)、柴油加油系統(tǒng)及各種液壓罐、水文監(jiān)測(cè)、水處理等。

磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量的位移傳感器。它采用內(nèi)部非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下(如容易受油潰、塵?；蚱渌奈廴緢?chǎng)合)，也能正常工作[01]。此外，它還能承受高溫、高壓和強(qiáng)振動(dòng)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械位移的測(cè)量、控制中。它的行程可達(dá)3米或更長(zhǎng)，標(biāo)稱精度為0.05% F·S，行程1米以上傳感器精度可達(dá)0.02% F，S,重復(fù)性可達(dá)0.002% F·S，因此它在石油化工，航空航天、電力、水利等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

大家都知道物質(zhì)有熱脹冷縮。除了加熱外，磁場(chǎng)和電場(chǎng)也會(huì)導(dǎo)致物體尺寸的伸長(zhǎng)和縮短。鐵磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下，其尺寸伸長(zhǎng)(或縮短)，去掉外磁場(chǎng)后，其又恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象(或效應(yīng))。此現(xiàn)象的機(jī)理是:鐵磁或亞鐵磁材料在居里點(diǎn)以下發(fā)生自發(fā)磁化，形成磁疇。在每個(gè)磁疇內(nèi)。晶格都沿磁化強(qiáng)度方向發(fā)生形變。當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，材料內(nèi)部隨即取向的磁疇發(fā)生旋轉(zhuǎn)，是各磁疇的磁化方向趨于一致，物體對(duì)外顯示的宏觀效應(yīng)即沿磁場(chǎng)方向伸長(zhǎng)或縮短。

磁致伸縮材料主要有三大類:即:磁致伸縮的金屬與合金和鐵氧體磁致伸縮材料。這兩種稱為傳統(tǒng)磁致伸縮材料。它們并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用:后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了電致伸縮材料，其電致伸縮系數(shù)比金屬與合金的大約200~400ppm，它很快得到廣泛的應(yīng)用;第三大類是發(fā)展的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，稱為稀土超磁致伸縮材料。它是可提高一個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的材料，是21世紀(jì)戰(zhàn)略性功能材料。

磁致伸縮位移傳感器適用于高溫、高壓和強(qiáng)振蕩等極其惡劣的工況，其絕對(duì)式輸出很好地解決了斷電歸零問(wèn)題，由于敏感元件都是非接觸式、無(wú)磨損運(yùn)行，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)23年。

來(lái)自業(yè)內(nèi)專家的創(chuàng)新性建議

由于眾多知名專家的加入， 團(tuán)隊(duì)在產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域始終保持領(lǐng)先地位。這些業(yè)界精英代表客戶從事各種科研和行業(yè)活動(dòng)，從而更深入地了解客戶所面臨的挑戰(zhàn)并能提出相應(yīng)的創(chuàng)新解決方案。

1系列

一個(gè)高精度、快速、同步位置控制的智能傳感器系列。適合要求高的機(jī)械自動(dòng)化控制應(yīng)用。輸出模式包括:

模擬的電壓與電流、SSI 同步串行數(shù)字、DeviceNet、CANbus、Profibus、Interbus 和 EtherCAT總線。更可提供位置和速度雙輸出，以及多重位置同步測(cè)量。

2系列

可編程和內(nèi)置診斷功能的傳感器系列。適合一般的機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用，輸出模式有:模擬的電壓與電流、數(shù)字的 Start / Stop 和 PWM 脈沖。

3-系列

3-系列傳感器，為用戶提供了非常實(shí)用的絕對(duì)值位移反饋信號(hào)，性價(jià)比極高。標(biāo)準(zhǔn)輸出方式有:模擬的電壓與電流以及數(shù)字的 Start / Stop 脈沖等。

3-系列還能提供多元化的安裝方式，最適合機(jī)床行業(yè)使用。

4系列位移傳感器提供快速的測(cè)量，超強(qiáng)的重復(fù)精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定的性能，非常適合行走機(jī)械中的電液動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用。不只應(yīng)用在工業(yè)車輛上，同時(shí)也被大量的應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)機(jī)械設(shè)備，如翻土機(jī)和收割機(jī)等。

測(cè)量對(duì)象:位置、速度(絕對(duì)速度)，可測(cè)量1~2個(gè)位置

測(cè)量范圍:50 mm~8000mm

零點(diǎn)可調(diào)范圍:100%F.S

輸出方式:

電流:4~20mA,最大負(fù)載電阻 600Ω

電壓:0~10VDC 0~5VDC,最低負(fù)載>5KΩ

精 度:

分辨率:采用 16Bit D/A 轉(zhuǎn)換，0.0015%F.S(最小1μm)

非線性:<±0.015%F.S(最小±50μm)

重復(fù)精度:<±0.002%F.S(最小±3μm)

遲 滯:<0.002%F.S.

溫度系數(shù):<0.007%F.S./℃

更新時(shí)間測(cè)量范圍:<0.5ms/m

供電電源:+24VDC±10%

工作電流:<50m A

工作溫度:-40~+85℃

儲(chǔ)存溫度:-40~+100℃

零點(diǎn)/跨度調(diào)整:100%有效行程(最小范圍25mm)

分辨率:16bit,0.0015%(最小10um)

線性度:<+0.01%滿量程(最小+50um)

重復(fù)精度:<+0.001%滿量程(最小+2.5um)

滯 后:<4um

刷新周期:0.5ms達(dá)到1200mm/1.0ms達(dá)到2400mm/

紋 波:2.0ms達(dá)到4800mm/5.0ms達(dá)到7600mm行程長(zhǎng)度

速度測(cè)量:<0.01%滿量程

范 圍:0.025m/s至10m/s

誤 差:<0.5%

分辨率:0.1mm/s

刷新周期:(ms)見位置測(cè)量

溫度系數(shù):<30ppm/0C

磁致伸縮位移(液位)傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測(cè)量過(guò)程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到。

由于這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過(guò)測(cè)量時(shí)間，就可以高度精確地確定這個(gè)距離。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的絕對(duì)值,而不是比例的或放大處理的信號(hào),所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況,更無(wú)需定期重標(biāo)。

隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造水平的不斷提高，液壓變槳系統(tǒng)憑借其在性能、環(huán)境適應(yīng)能力、維護(hù)成本等方面的優(yōu)勢(shì)，必將得以廣泛應(yīng)用。機(jī)械盤式剎車鎖緊銷方面，磁致伸縮線性位移傳感器的應(yīng)用顯著提高了鎖緊銷動(dòng)作的可靠性，進(jìn)而提高了整機(jī)運(yùn)行的安全性。

通過(guò)位移傳感器來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)鎖緊銷的動(dòng)作是否可靠到位，所以在大多數(shù)的機(jī)械盤式剎車系統(tǒng)上的鎖緊銷都需要安裝位置傳感器。

電壓和電流輸出的負(fù)載是不一樣的，電壓的負(fù)載時(shí)要求電阻越大越好，一般不要小于1，000Ω，太小時(shí)就相當(dāng)于短路了，會(huì)損壞產(chǎn)品;電流的負(fù)載是要求電阻越小越好，一般不要大于1，000Ω，太大時(shí)就相當(dāng)于開路了，沒(méi)有電流流通。所以電流輸出的負(fù)載和電壓輸出的負(fù)載限制是不一樣的而且一定要注意:電壓輸出時(shí)，負(fù)載不能短路，否則會(huì)使負(fù)荷太大，燒毀電路;而電流輸出時(shí)，負(fù)載不能開路，否則會(huì)使負(fù)載增加而燒毀電路。這兩點(diǎn)一定要清楚。至于電壓輸出和電流輸出，到了機(jī)器上最終的用途還是一樣的，電壓輸出直接用電壓信號(hào)，電流信號(hào)流過(guò)電阻，在電阻上有電壓，也是取用電壓信號(hào)。

安裝接線:磁致尺對(duì)電壓的波動(dòng)可以接受，可以使用12V~36V的電源，當(dāng)然穩(wěn)定的供電電源還是對(duì)產(chǎn)品的精度更有好處，但對(duì)靜電還是要采取一些措施。除線路板內(nèi)部采取了很多措施外，傳輸線有屏蔽線(雙重屏蔽:編織網(wǎng)和錫包層，可以抗高、低頻干擾)，還有接地端子，必須保證可靠接地(抗靜電干擾)。上述幾項(xiàng)措施缺一不可。

一般情況下，客戶的產(chǎn)品替換下來(lái)，可能了解原來(lái)的產(chǎn)品是電流型還是電壓型，但訂了貨卻不知道如何安裝。如:原來(lái)的電壓型是五線甚至七線的，而我們的四線的(電源+、-、信號(hào)線、地線)一般棕色或紅色是直流電源正極，藍(lán)色或黑色是負(fù)極，可以用萬(wàn)用表的電壓檔位測(cè)可能的正、負(fù)極之間的電壓值，如果沒(méi)有把握，就可以在可能的正、負(fù)極之間接一個(gè)1000Ω的電阻，再測(cè)量電阻之間的電壓值，確認(rèn)正負(fù)極性后，用正極分別去短路剩下的幾根線，同時(shí)看電腦顯示是否出現(xiàn)穩(wěn)定的最大值，如果是，再用負(fù)極去短路剛才驗(yàn)證的那根線，同時(shí)看電腦顯示是否出現(xiàn)穩(wěn)定的最小值，如果是，就是信號(hào)線了。這就確定了+、-、和信號(hào)線了。如果信號(hào)線非常難以確定，上述方法行不通，可能就是該傳感器的電源與電腦的電源沒(méi)有共地，沒(méi)有共地，就沒(méi)有一個(gè)基準(zhǔn)值，該傳感器的電源相對(duì)電腦電源就是浮動(dòng)電壓值。因此，必須將該傳感器的電源負(fù)極與電腦的電源負(fù)極短接。上述問(wèn)題自然解決。這很容易出現(xiàn)在維修設(shè)備的過(guò)程中。其它的幾根線不要管，用電工膠綁起即可。

如果是電流型輸出的傳感器，就不能這樣實(shí)驗(yàn)了。因?yàn)?，電流型輸出?fù)載不能開路，否則，容易過(guò)載損壞傳感器。對(duì)于，三線制輸出的傳感器，應(yīng)該先在傳感器信號(hào)線與負(fù)極之間先接一個(gè)電阻1000Ω短路，以免誤操作時(shí)過(guò)載。在預(yù)先弄清楚正負(fù)極的情況下，接好傳感器的正負(fù)極接線，再將信號(hào)線分別與其余幾根線短路，看有無(wú)穩(wěn)定的顯示。如有，可確定信號(hào)線的接線。然后在停電的情況下，取下原來(lái)短接的那個(gè)電阻，再接好線，然后才能送電。注意信號(hào)線一定不能開路。

對(duì)于傳輸距離較長(zhǎng)，但是電腦有需要電壓輸出信號(hào)，可以選用電流輸出信號(hào)進(jìn)行傳輸，到了電腦邊再將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，方法很簡(jiǎn)單，只需要在輸出與電源負(fù)極之間接入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的高品質(zhì)電阻就可以。

由于磁致伸縮位移傳感器的原理，從機(jī)械上講，因?yàn)槭菬o(wú)接觸、無(wú)磨損的，所以出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)不多，除非機(jī)械損壞，磁環(huán)脫落，這從外觀就容易判斷。如果是裝在油缸內(nèi)部，磁環(huán)突然脫落，顯示數(shù)值將沒(méi)有變化。如果是停機(jī)好久才脫落，開機(jī)上電時(shí)好像在靠近電子倉(cāng)端出現(xiàn)了一個(gè)磁環(huán)，即:正邏輯尺將會(huì)出現(xiàn)最小顯示數(shù)值，負(fù)邏輯尺會(huì)出現(xiàn)最大顯示數(shù)值。如果是可拆卸電子倉(cāng)式的，可以簡(jiǎn)單地將電子倉(cāng)取下，帶電用一磁環(huán)測(cè)試即可。從電氣上講，是有出現(xiàn)問(wèn)題的可能。公司為了避免電氣出現(xiàn)問(wèn)題，作了大量工作，如:選擇功耗很小的元器件使功率消耗小，如電流消耗只有16mA，實(shí)際功率只有不到0.4W，這樣就不會(huì)使元器件發(fā)熱、老化和損壞;還有公司，公司通過(guò)先進(jìn)的工藝客服了其它各種問(wèn)題，產(chǎn)品經(jīng)嚴(yán)酷的環(huán)境測(cè)試和機(jī)械測(cè)試，均符合要求。應(yīng)該在一般使用條件和環(huán)境中不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題?？赡軙?huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，諸如:數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)運(yùn)行，軟件包未安裝成功、接線錯(cuò)誤、信號(hào)大小方向不對(duì)、靜電干擾未有效接地、電流型輸出不會(huì)接線、或原來(lái)是了兩線的而我們的產(chǎn)品是三線制的。

首先是傳感器的供電情況，如果位移傳感器供電電源容量不足，就會(huì)造成以下的情況:熔膠的運(yùn)動(dòng)會(huì)使合模電子尺的顯示變換，有波動(dòng)，或者合模的運(yùn)動(dòng)會(huì)使射膠電子尺的顯示波動(dòng)，造成測(cè)量誤差變大。如果電磁閥的驅(qū)動(dòng)電源與直線位移傳感器供電電源共用的時(shí)候，更容易出現(xiàn)這種情況。

其二是調(diào)頻干擾和靜電干擾的問(wèn)題，調(diào)頻干擾和靜電干擾都有可能讓直線位移傳感器的電子尺的顯示數(shù)字跳動(dòng)的。所以，電子尺的信號(hào)線與設(shè)備的強(qiáng)電線路要分開線槽。電子尺必須強(qiáng)制性地接地。信號(hào)線需要使用屏蔽線，而且電箱的一段應(yīng)該跟屏蔽線接地的。如果有高頻干擾的時(shí)候，通常使用萬(wàn)用表的電壓測(cè)量就會(huì)顯示正常，但是顯示數(shù)字就是會(huì)跳動(dòng)不停的;而出現(xiàn)靜電干擾時(shí)，出現(xiàn)的情況也是跟高頻干擾一樣的。要證明看是否是靜電干擾時(shí)，只需用一段電源線把電子尺的封蓋螺絲跟機(jī)器上的某一些的金屬短接起來(lái)就可以了，只要一短接起來(lái)，靜電干擾就會(huì)馬上消除掉。但是如果要消除掉高頻干擾就很難用上面的方法了，可以試下暫停高頻干擾源，看顯示結(jié)果會(huì)不會(huì)更好，以此來(lái)判斷是不是高頻干擾的問(wèn)題。

其三如果出現(xiàn)顯示數(shù)據(jù)有規(guī)律地跳動(dòng)，或者是沒(méi)有顯示數(shù)據(jù)，技術(shù)人員就需要檢查連接線絕緣是不是出現(xiàn)破損的現(xiàn)象，并且判斷是否跟機(jī)器的外殼很有規(guī)律地接觸而導(dǎo)致的對(duì)地短路。

其四位移傳感器的對(duì)中性、平行度以及角度的具體要求問(wèn)題，安裝直線位移傳感器的對(duì)中性需要很好，但是平行度可以允許有±0.5mm的誤差，角度可以允許有±12°的誤差。但是如果平行度誤差和角度誤差都是偏大的話，這樣會(huì)出現(xiàn)顯示數(shù)字跳動(dòng)的情況。那么出現(xiàn)這樣的情況的時(shí)候，必須要對(duì)平行度和角度進(jìn)行調(diào)整了。

最后就是位移傳感器接線問(wèn)題，直線位移傳感器的三條線是不可以接錯(cuò)的，電源線和輸出線是不可以調(diào)換的。如果上面的線接錯(cuò)的話，就會(huì)出現(xiàn)線性誤差很大的情況，要控制的話是很難的，控制的精度也會(huì)變得很差，而顯示很容易出現(xiàn)跳動(dòng)的現(xiàn)象等等。以上五點(diǎn)情況都是位移傳感器安裝使用時(shí)需要特別注意的。

磁致伸縮位移傳感是利用磁致伸縮效應(yīng)研制的傳感器。該傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸、絕對(duì)式測(cè)量，具有高精度、大量程的特點(diǎn)，特別是由于磁鐵和傳感器并無(wú)直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在惡劣的工業(yè)環(huán)境，如易燃、易爆、易揮發(fā)、有腐蝕的場(chǎng)合。此外，傳感器能承受高溫高壓和高振蕩的環(huán)境。傳感器輸出信號(hào)為絕對(duì)數(shù)值，所以即使電源中斷重接也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)收構(gòu)成問(wèn)題，更無(wú)尖重新調(diào)整零位。由于傳感器組件都是非接觸的，所以即使測(cè)量過(guò)程理不斷重復(fù)的，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損。

研制中涉及的關(guān)鍵技術(shù)有:

(1)大電流周期激發(fā)電路的設(shè)計(jì);

(2)微弱信號(hào)的檢測(cè)、信號(hào)的濾波、放大、電壓比較、峰值檢驗(yàn)波、電壓限幅等一系列電路的設(shè)計(jì);

(3)基于單片機(jī)的高精度時(shí)間量測(cè)量。技術(shù)要求:測(cè)量范圍0~8cm，精度0.1mm。測(cè)量范圍不是很大，主要是受到實(shí)驗(yàn)所用波導(dǎo)鋼絲本身長(zhǎng)度的限制。

1位移傳感器的原理

磁致旋轉(zhuǎn)波位移傳感器， 如圖1所示。除位置磁鐵外，所有其他元器件都安裝在傳感器殼體內(nèi)，

組成傳感器的主體。位置磁鐵通常裝在一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件A上，

而傳感器主體則裝在一個(gè)固定的部件B上。

傳感器工作時(shí)，電子信號(hào)和處理系統(tǒng)發(fā)給磁致波導(dǎo)鋼絲間隔為T的激勵(lì)脈沖電流ie該脈沖電流將產(chǎn)生一個(gè)圍繞波導(dǎo)鋼絲的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。位置磁鐵也產(chǎn)生一個(gè)固定的磁場(chǎng)。根據(jù)Widemanm效應(yīng)，金屬隨其瞬間變形產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲，使波導(dǎo)鋼絲產(chǎn)生磁致彈性伸縮，即形成一個(gè)磁致旋轉(zhuǎn)波。磁致旋轉(zhuǎn)波的傳播速度為

式中:G為波導(dǎo)管的剪切彈性模量;ρ為波導(dǎo)管密度。

由于G和ρ均為恒定(對(duì)于一定的波導(dǎo)管來(lái)說(shuō))的，所以傳播速度也恒定。經(jīng)過(guò)計(jì)算該旋轉(zhuǎn)波沿著波導(dǎo)鋼絲以2 800 m/s的速度向兩邊傳播。當(dāng)它傳到波導(dǎo)鋼絲一端的波檢測(cè)器時(shí)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)ua·通過(guò)測(cè)量磁致旋轉(zhuǎn)波從位置磁鐵傳到波檢測(cè)器的時(shí)間tL就能確定位置磁鐵和波檢測(cè)器之間的距離。這樣，當(dāng)部件A和B產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)磁致旋轉(zhuǎn)波位移傳感器就可以確定部件A的位置和速度。

在波導(dǎo)鋼絲的另一端，磁致旋轉(zhuǎn)波將通過(guò)減波元件被大大削弱，以避免反射的波形對(duì)測(cè)量精度造成影響。波反射器是用于改善電信號(hào)ua的波形和加強(qiáng)電信號(hào)的大小。

2位移傳感器的結(jié)構(gòu)

根據(jù)這個(gè)原理，設(shè)計(jì)了總體的電子信號(hào)系統(tǒng)方案來(lái)檢測(cè)這個(gè)磁致旋轉(zhuǎn)波并送人到MCS51微型計(jì)算機(jī)處理。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)如圖2所示。

3傳感器性能指標(biāo)測(cè)試及結(jié)果

為了給傳感器系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)，搭建了測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試平臺(tái)由傳感器主體、位置磁鐵、螺旋測(cè)微器、印制電路板、LCD、FDPS-50BA型電源(輸人220V，輸出±15V,5 V)組成。

在搭建的平臺(tái)上面對(duì)傳感器的性能進(jìn)行測(cè)量，主要包括傳感器的線性度，遲滯和重復(fù)性。

3.1 傳感器線性度

測(cè)量:在傳感器測(cè)量整個(gè)0~80mm范圍內(nèi)，旋動(dòng)螺旋測(cè)微器分別每隔5mm記一組數(shù)據(jù)，位置磁鐵相應(yīng)移動(dòng)，連續(xù)取測(cè)量數(shù)據(jù)20組，如圖3。

線性度的指標(biāo)公式為 式中:el為非線性誤差(線性度);△max為最大非線性絕對(duì)誤差;YFS為輸出滿量程。

從圖3可知，采用最小二乘法擬合直線的斜率為0.992，直線方程為Y = 0.15784+0. 992X，因此在0~80 mm范圍內(nèi)的線性度為0.387%。

3.2 傳感器遲滯

將螺旋測(cè)微器在傳感器的正反兩個(gè)方向量程內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，測(cè)量范圍為0~80mm，測(cè)到的數(shù)據(jù)如圖4。其中有正向測(cè)量和反向測(cè)量數(shù)值(每隔5mm測(cè)量1次)，以及正反方向測(cè)量的差值△H。

由遲滯誤差公式

式中△Hmax為正反行程輸出最大差值。

從圖4知，△Hmax=0.41，而rH=0.256%。

3.3 傳感器重復(fù)性

圖5是傳感器在正行程和反行程測(cè)量各測(cè)2次的數(shù)據(jù)，其中還計(jì)算了重復(fù)性偏差。根據(jù)式(2)可計(jì)算出0~80mm滿量程的重復(fù)性誤差指標(biāo)el=±0.287%.。

3.4 傳感器其他靜態(tài)特性

3.4.1 傳感器的分辨力

經(jīng)過(guò)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試，移動(dòng)螺旋測(cè)微器±0.056mm，傳感器LCD顯示值改變±0.056mm。

3.4.2 穩(wěn)定性

在測(cè)試時(shí)，將傳感器設(shè)定在一固定點(diǎn)，然后分別在4h讀取數(shù)據(jù)1次，測(cè)得值分別為31.62 mm, 31.56 mm, 31.56nm, 31.62mm。穩(wěn)定性誤差為0.06mm。傳感器通、斷電幾次后在此位置讀數(shù)，仍舊為31.62，驗(yàn)證了磁致伸縮傳感器不受掉電影響。

溫度穩(wěn)定性是指?jìng)鞲衅髟谕饨鐪囟茸兓螺敵隽堪l(fā)生的變化。測(cè)量傳感器溫度穩(wěn)定性時(shí)，分別在房間溫度為15℃和室外溫度為1℃測(cè)量，讀數(shù)變化為0.06 m，即溫度穩(wěn)定性誤差為0.06 mm。

3.4.3 測(cè)試系統(tǒng)靈敏度

移動(dòng)螺旋測(cè)微器0.05mm，測(cè)到傳感器LCD屏上變化0.056mm，此測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度為1.12。

綜上，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得傳感器的靜態(tài)特性，可知傳感器的線性度為0.387%，遲滯誤差為0.256%，重復(fù)性誤差為±0.287%,分辨力為0.056mm。磁致伸縮位移傳感器的自身精度很高，理論可以達(dá)到μm級(jí)，實(shí)際分辨力只有0.056mm。

4結(jié)束語(yǔ)

在搭建的平臺(tái)上對(duì)磁致伸縮位移傳感器進(jìn)行了進(jìn)一步的誤差分析。誤差主要還是在傳感器的一些性能指標(biāo)上。磁致伸縮傳感器的主體部分及位置磁鐵開發(fā)與研制，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果理想，位置磁鐵在傳感器不同的位置都有一不同的信號(hào)反_映。信號(hào)處理電路中占空比可調(diào)的脈沖激發(fā)控制信號(hào)電路部分設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)際的電路調(diào)試結(jié)果理想。脈沖激發(fā)電路用不同方案設(shè)計(jì)并綜合考慮到實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)，在ORCAD上模擬效果理想。進(jìn)一步提高精度有幾種方案。比如用DSP芯片來(lái)測(cè)量位移。40MHz的TMS320LF2407型DSP芯片，時(shí)鐘周期t=1/40M=25ns, DSP無(wú)需分頻，則位移分辨率為70μm,也可以用復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)，它具有使用靈活、可靠性高、功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，CPLD可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)編程，而且能重復(fù)多次，使用CPLD器件進(jìn)行開發(fā)，不僅可以提高系統(tǒng)的集成化程度、可靠性和可擴(kuò)充性，而且還可大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。磁致伸縮位移傳感器技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于我國(guó)的各項(xiàng)工業(yè)領(lǐng)域中。