低噪聲磁致伸縮位移傳感器

磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮材料的威德曼(Wiedeman)效應(yīng)和威拉里 (Villary)效應(yīng)來實現(xiàn)絕對位移測量的非接觸測量器，具有量程大、非接觸、精度高、速度快、防護(hù)等級高、成本低等卓越特性，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、機(jī)床等行業(yè)。

　　由于磁致伸縮位移傳感器是依靠電磁信號工作的，在使用時會受到空間電磁場的電磁干擾的影響，會導(dǎo)致感應(yīng)線圈中引入各種不同規(guī)律的干擾信號(即電噪聲)，而且波導(dǎo)絲本身受到激勵后會產(chǎn)生隨機(jī)振動，也會導(dǎo)致電噪聲信號的產(chǎn)生;因此，降低噪聲是磁致伸縮位移傳感器必須解決的問題;

　　現(xiàn)有的磁致伸縮位移傳感器都采用電路處理技術(shù)來減小噪聲影響，以提高測量精度和穩(wěn)定性。這種降低噪聲的方法沒有從信號源頭處提高信噪比，當(dāng)信號源中噪聲影響較大時，其降噪效果較差，而且這種降低噪聲的方法由于電路很復(fù)雜，調(diào)整困難，很難進(jìn)一步提高精度。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對缺陷，需要提供一種降噪效果好，檢測精度高的低噪聲磁致伸縮位移傳感器。

　　附圖說明

　　圖1是低噪聲磁致伸縮位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖2是低噪聲磁致伸縮位移傳感器的差動式線圈及屏蔽器的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　圖3是低噪聲磁致伸縮位移傳感器的差動式線圈的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　具體實施方式

　　如圖1-圖3所示，低噪聲磁致伸縮位移傳感器包括外殼9和磁鐵組件8，外殼9內(nèi)裝有骨架3、固定塊12、波導(dǎo)絲6、激勵導(dǎo)線2、返回導(dǎo)線11、線圈組件5、屏蔽器4和測量電路13 ;所述骨架3、固定塊12分別固定于外殼9內(nèi)壁的兩端;所述骨架3上設(shè)有內(nèi)孔，線圈組件5繞設(shè)于所述骨架3的內(nèi)孔外周，并電氣連接測量電路13，屏蔽器4套設(shè)于線圈組件5外周;波導(dǎo)絲6的一端為近端，另一端為遠(yuǎn)端，其近端安裝于骨架3的內(nèi)孔中，并經(jīng)激勵導(dǎo)線2電氣連接測量電路13，其遠(yuǎn)端安裝于固定塊12上，并經(jīng)返回導(dǎo)線11電氣連接測量電路13 ;磁鐵組件8活動安裝于外殼9的外壁上，并能沿外殼9的軸向移動;所述波導(dǎo)絲6外周套設(shè)有保護(hù)套管7，保護(hù)套管7的一端與骨架3固接，另一端與固定塊12固接;波導(dǎo)絲6的遠(yuǎn)端裝有阻尼器10 ; 所述外殼9的外壁裝有法蘭1，法蘭1電氣連接測量電路13 ;其特征在于：屏蔽器 4(參見圖2、是外周套設(shè)有鐵磁保護(hù)套17的圓環(huán)形永久磁鐵16 ;所述線圈組件是差動式線圈，該差動式線圈(參見圖幻由兩個圓環(huán)形繞組14、15組成，兩個圓環(huán)形繞組14、15 的規(guī)格尺寸及匝數(shù)相同，而且兩個圓環(huán)形繞組14、15的繞線纏繞方向相反;差動式線圈的兩個圓環(huán)形繞組14、15反向串聯(lián)后接入測量電路，兩個圓環(huán)形繞組14、15的繞層沿波導(dǎo)絲6的徑向交替層疊;

　　磁致伸縮位移傳感器工作時由測量電路產(chǎn)生的激勵脈沖通過激勵導(dǎo)線和返回導(dǎo)線加載到波導(dǎo)絲上，并在波導(dǎo)絲周圍產(chǎn)生與波導(dǎo)絲軸向一致的縱向磁場，磁鐵組件產(chǎn)生一個與波導(dǎo)絲軸線垂直的圓周向磁場，這兩個磁場相會合后在磁鐵組件所在位置產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力脈沖，該扭轉(zhuǎn)應(yīng)力脈沖沿著波導(dǎo)絲向其兩端傳播，從而形成扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波，傳播至波導(dǎo)絲遠(yuǎn)端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波被阻尼器削弱至消失，傳播至波導(dǎo)絲近端的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波由線圈組件拾取后轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電信號，根據(jù)該感應(yīng)電信號與測量電路產(chǎn)生的激勵脈沖之間的延遲時間大小即可確定磁鐵組件所處位置，從而測出磁鐵組件絕對位移的大小;

　　差動式線圈拾取扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波時，兩個圓環(huán)形繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電信號的極性是相反的，由于兩個圓環(huán)形繞組是反向串聯(lián)的(即構(gòu)成差動形式)，因此該差動式線圈輸出的信號是兩個圓環(huán)形繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電信號的相減，其信號強(qiáng)度是單個圓環(huán)形繞組所輸出的信號強(qiáng)度的兩倍;而且由于兩個圓環(huán)形繞組中存在的噪聲信號 (例如：來自外部空間的電磁干擾，或由內(nèi)部電源波動、波導(dǎo)絲振動等因素所產(chǎn)生的噪聲) 是相同的，因此該差動式線圈輸出的信號中干擾與噪聲會顯著降低，能提高檢測精度;

　　由于屏蔽器是一個外周套設(shè)有鐵磁保護(hù)套的圓環(huán)形永久磁鐵，圓環(huán)形永久磁鐵能在差動式線圈周圍空間形成一個強(qiáng)大穩(wěn)定的直流內(nèi)部磁場，鐵磁保護(hù)套能防止磁場外泄，因此能保護(hù)差動式線圈有效地抵抗外來空間的電磁干擾及磁鐵組件靠近時所產(chǎn)生的影響，從而縮短其死區(qū)長度;而且由于屏蔽器呈圓環(huán)形，其磁極分布在兩段位置，因此在屏蔽器內(nèi)部會形成一個與屏蔽器軸線平行的穩(wěn)定磁場，該磁場可以使波導(dǎo)絲近端產(chǎn)生部分磁化，從而有效改善差動式線圈中感應(yīng)電信號的質(zhì)量;