低死區(qū)磁致伸縮位移傳感器

磁致伸縮位移傳感器是一種利用鐵磁材料的正磁致伸縮效應(yīng)以及逆磁致伸縮效應(yīng)構(gòu)成的位移傳感器。磁致伸縮位移傳感器通過將位移物理量轉(zhuǎn)換成兩個(gè)脈沖信號的時(shí)間間隔來建立起時(shí)間與位移之間的對應(yīng)關(guān)系，具有測量精度高，測量范圍大，結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于液壓缸運(yùn)動檢測、機(jī)床運(yùn)動檢測等領(lǐng)域。

　　目前，磁致伸縮位移傳感器具有可沿傳感器長度方向自由滑動的位置磁鐵，在測量過程中首先在波導(dǎo)絲上加載大電流問詢脈沖，問詢脈沖產(chǎn)生環(huán)形磁場沿波導(dǎo)絲傳播，在位置磁鐵處環(huán)形磁場與位置磁鐵磁場產(chǎn)生相互作用，在波導(dǎo)絲中產(chǎn)生回波沿波導(dǎo)絲往回傳播被檢測裝置接收。通過測量發(fā)送問詢脈沖到接收回波信號之間的時(shí)間間隔來建立時(shí)間與位移之間的對應(yīng)關(guān)系。由于磁致伸縮位移傳感器通常使用線圈作為回波檢測裝置，在大電流問詢脈沖加載時(shí)，檢測線圈會產(chǎn)生暫態(tài)響應(yīng)，線圈的暫態(tài)響應(yīng)即會導(dǎo)致磁致伸縮位移傳感器的死區(qū)。暫態(tài)響應(yīng)是檢測線圈的固有特性，調(diào)節(jié)測量電路RC參數(shù)雖可以減小暫態(tài)響應(yīng)，但也會同時(shí)影響回波信號的獲取。因此我司設(shè)計(jì)一種的低死區(qū)的磁致伸縮位移傳感器通常規(guī)避這一不足。

　　附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　圖2為測桿局部剖視圖;

　　圖3為現(xiàn)有磁致伸縮位移傳感器工作信號波形示意圖;

　　圖4為本發(fā)明工作信號波形示意圖。

　　具體實(shí)施方式

　下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

　　如圖1、圖2所示，一種低死區(qū)磁致伸縮位移傳感器，包括電纜接頭1、測量電路板2、基座3、防護(hù)外殼4、測桿5、位置磁鐵6、桿帽7、波導(dǎo)絲8、補(bǔ)償磁鐵9、檢測線圈10、金屬堵頭11、金屬保護(hù)套管12，所述電纜接頭1與防護(hù)外殼4前端相連接，防護(hù)外殼4后端與測桿5前端相連接;所述防護(hù)外殼4內(nèi)設(shè)置有測量電路板2，測量電路板2前端與從電纜接頭1引出的電纜相連接，測量電路板2后端通過基座3固定在測桿5前端;所述測桿5上移動設(shè)置有位置磁鐵6;測桿5內(nèi)套接有金屬保護(hù)套管12，金屬保護(hù)套管12前端設(shè)置有檢測線圈10，末端設(shè)置有金屬堵頭11，所述波導(dǎo)絲8設(shè)置在金屬保護(hù)套管12內(nèi)，貫穿檢測線圈10后，固定在金屬堵頭內(nèi)11，波導(dǎo)絲5前端與測量電路板2相連接;所述檢測線圈10與測量電路板2相連接;所述金屬保護(hù)套管12前端通過引線與測量電路板2相連接;所述金屬保護(hù)套管12外側(cè)靠近檢測線圈10處設(shè)置有補(bǔ)償磁鐵9;所述測桿5后端套接有桿帽7。還包括橡膠吸波裝置13，所述橡膠吸波裝置13套接在波導(dǎo)絲8末端，用以吸收傳遞至此處的振動波。

　　具體工作方式如下：金屬保護(hù)套管末端通過金屬堵頭波導(dǎo)絲相連，首端通過引線與測量電路板相連。測量電路板發(fā)出問詢脈沖時(shí)，脈沖電流沿波導(dǎo)絲與金屬保護(hù)套管構(gòu)成的電路回路流動。電纜接頭、防護(hù)外殼、金屬堵頭、桿帽相互配合實(shí)現(xiàn)位移傳感器整體的防護(hù)等級。

　　補(bǔ)償磁鐵固定于金屬保護(hù)套管外部靠近檢測線圈處，其軸向安裝位置需要根據(jù)傳感器工作信號波形進(jìn)行調(diào)整。為了對補(bǔ)償磁鐵的安裝位置進(jìn)行調(diào)整，首先需要調(diào)節(jié)線圈的RC參數(shù)，使得位置磁鐵產(chǎn)生的回波信號能夠被檢測電路捕獲，然后觀察示波器中線圈暫態(tài)響應(yīng)的區(qū)域，用鑷子夾持補(bǔ)償磁鐵沿金屬保護(hù)套管回移動，當(dāng)補(bǔ)償磁鐵移動到某一位置時(shí)，補(bǔ)償磁鐵所產(chǎn)生的回波信號能最大幅度的抑制檢測線圈的暫態(tài)響應(yīng)，該位置即為補(bǔ)償磁鐵的安裝位置，確定安裝位置后，將補(bǔ)償磁鐵用膠水固定于該安裝位置處。

　　如圖3所示，vs為問詢脈沖信號，vo為檢測線圈檢測信號。在每一次測量流程中測量電路在波導(dǎo)絲上加載大電流問詢脈沖，問詢脈沖產(chǎn)生的環(huán)形磁場與位置磁鐵處的永磁場相互作用產(chǎn)生回波脈沖，回波脈沖被檢測線圈檢測到。通過測量發(fā)送問詢脈沖與接收回波脈沖的時(shí)間間隔tm即可獲得對應(yīng)的位移信息。問詢脈沖為脈寬為微秒量級的大電流脈沖，會在檢測線圈上產(chǎn)生暫態(tài)響應(yīng)，線圈暫態(tài)響應(yīng)會干擾回波信號，因此磁致伸縮位移傳感器首部存在固有死區(qū)。線圈的暫態(tài)響應(yīng)會維持t0時(shí)間，通常為30至35微秒左右。因此這段時(shí)間所對應(yīng)的波導(dǎo)絲長度即是傳感器死區(qū)x0。

　　如圖4所示，為了減小磁致伸縮位移傳感器的死區(qū)，本發(fā)明提出在靠近檢測線圈的位置加入補(bǔ)償磁鐵。補(bǔ)償磁鐵的安裝位置根據(jù)線圈暫態(tài)響應(yīng)區(qū)域確定。補(bǔ)償磁鐵產(chǎn)生的回波脈沖會與檢測線圈暫態(tài)響應(yīng)的波形相互疊加，從而有效地抑制檢測線圈暫態(tài)響應(yīng)，降低傳感器死區(qū)。虛線波形分別為檢測線圈暫態(tài)響應(yīng)波形與補(bǔ)償磁鐵回波波形，疊加后的波形如實(shí)線所示。對比圖3可以發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償磁鐵顯著抑制了檢測線圈暫態(tài)響應(yīng)，降低了傳感器的死區(qū)。更進(jìn)一步的，在未加入補(bǔ)償磁鐵時(shí)，檢測線圈的暫態(tài)響應(yīng)必須通過RC電路進(jìn)行釋放，在t0時(shí)間后，線圈暫態(tài)響應(yīng)還會存在一緩變的指數(shù)下降分量，盡管此時(shí)傳感器測量電路可以夠捕獲位置磁鐵的回波信號，但是其全量程線性特性會受到檢測線圈殘留暫態(tài)響應(yīng)的影響。在加入補(bǔ)償磁鐵后，檢測線圈的暫態(tài)響應(yīng)得到了快速有效地抑制，可以消除檢測線圈殘留暫態(tài)響應(yīng)對測量的影響，因此補(bǔ)償磁鐵還能提高位移傳感器的整體線性度。