在线视频观看你懂的_真人牲交视频_久久久精品淫秽短视频_性巴克下载无限看_成人18禁深夜福利网站app免费_yy6080欧美午夜理论大片一_亚洲天堂偷偷干成人av_免费91麻豆精品国产自产自线_狠狠丁香五香天堂网先锋xfplay夜色资源网站_50丰满少妇高潮惨叫正在播放

磁致伸縮式扭轉(zhuǎn)超聲波位移傳感器是一種以扭轉(zhuǎn)超聲波作為傳播媒質(zhì)的磁致伸縮式傳感器。這種位移傳感器安裝很簡單、方便 ,能承受高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境。最重要的一點(diǎn)是它具有其他位移傳感器所不能達(dá)到的測量大位移、高精度的特點(diǎn)。該傳感器已在國外如石油、化工、紡織、輕工、冶金、電力、醫(yī)藥、食品、國防等部門 ,特別是已廣泛用于易燃、易爆、易揮發(fā)、有腐蝕的場合得到了廣泛的應(yīng)用 ,但在國內(nèi)設(shè)計(jì)和應(yīng)用都比較少。參考國外技術(shù)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn) ,研究磁致伸縮扭轉(zhuǎn)超聲波的產(chǎn)生機(jī)制及應(yīng)用原理 ,設(shè)計(jì)和研制成一套達(dá)到一定精度要求的位移測量裝置。

1、磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波位移傳感器工作原理

磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波位移傳感器是利用磁致伸縮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行工作的。磁致伸縮是指 ,當(dāng)鐵磁材料置于磁場中時(shí) ,它的幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。相反 ,極化了的鐵磁棒發(fā)生形變時(shí) ,會(huì)在棒內(nèi)引起磁場強(qiáng)度的變化 ,這種效應(yīng)就是磁致伸縮逆效應(yīng)。通常利用磁致伸縮效應(yīng)引發(fā)磁致伸縮材料的機(jī)械振動(dòng) ,向周圍介質(zhì)發(fā)射超聲波 ,利用逆效應(yīng)通過接收線圈就可接收該超聲信號(hào)。在磁致伸縮材料中激發(fā)扭轉(zhuǎn)波有3種模式：Scarrott - Naylor模式轉(zhuǎn)換、Wiedeman效應(yīng)和 Fowler效應(yīng)。Scarrott - Naylor 效應(yīng)是利用波形之間的轉(zhuǎn)換達(dá)到目的 ,如縱波型向扭轉(zhuǎn)型的轉(zhuǎn)換；Fowler效應(yīng)是通過沿軸向扭轉(zhuǎn)極化了磁致伸縮絲產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波。磁致伸縮換能器通過Wiedeman效應(yīng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波。其機(jī)理是，如果在圓柱形磁致伸縮材料中 ,既有沿長度方向即圓柱軸方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度 ,又有繞軸的圓形磁場 ,那么合成的磁感應(yīng)強(qiáng)度將是螺旋形的 ,而沿螺旋形的伸縮會(huì)激發(fā)扭轉(zhuǎn)波。

基于 Wiedeman 效應(yīng) ,磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波位移傳感器的工作原理就是使兩個(gè)不同磁場相交產(chǎn)生磁致伸縮扭轉(zhuǎn)效應(yīng) ,發(fā)射扭轉(zhuǎn)波 ,再利用磁致伸縮逆效應(yīng)接收該信號(hào)。計(jì)算這個(gè)信號(hào)被探測所需的時(shí)間 ,便能換算出準(zhǔn)確地位置。

兩個(gè)磁場一個(gè)來自傳感器外面的活動(dòng)磁鐵 ,另一個(gè)則源自傳感器內(nèi)波導(dǎo)絲中的電流脈沖。電流脈沖是傳感器的固有電子部件產(chǎn)生的 ,使磁致伸縮絲周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場。這個(gè)磁場與活動(dòng)的磁性元件磁場矢量相加形成一個(gè)螺旋形磁場 ,從而使波導(dǎo)管發(fā)生扭曲并產(chǎn)生的一個(gè)應(yīng)變脈沖。這個(gè)脈沖會(huì)以聲速運(yùn)行回電子部件的感測線圈。從產(chǎn)生電流脈沖的一刻到測回應(yīng)變脈沖所需的時(shí)間乘以固定聲速 ,便能準(zhǔn)確地算出磁鐵位置的變動(dòng)。這是活動(dòng)磁鐵的位置變化。這個(gè)過程是連續(xù)不斷的 ,所以每當(dāng)活動(dòng)磁鐵被移動(dòng)時(shí) ,新的位置很快就會(huì)被感測出來。當(dāng)然 ,由于傳感元件都是非接觸的 ,就算感測過程是不斷重復(fù)的 ,也不會(huì)對傳感器造成任何磨損。

磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波位移傳感器的位置計(jì)算環(huán)節(jié)非常簡單 ,將所測量的時(shí)差乘以磁致伸縮絲上扭轉(zhuǎn)波的傳播速度。位置=時(shí)差×扭轉(zhuǎn)波傳播速度-零點(diǎn)位置(零點(diǎn)位置為零區(qū)與死區(qū)之和)由于磁致伸縮材料采用圓形截面絲，根據(jù)Pochhammer 的三維彈性理論，扭轉(zhuǎn)波在圓截面桿中的傳播形式是關(guān)于圓柱中心軸對稱的 ,其扭轉(zhuǎn)波速ct=(G/ρ)1/2式中：G為磁致伸縮材料的切變模量；ρ為磁致伸縮材料的密度值。

傳感器的更新頻率對伺服控制機(jī)械的應(yīng)用非常重要。因?yàn)榇盆F距離傳感器的電子零件越遠(yuǎn) ,音波所需行走時(shí)間越長 ,所以傳感器的更新時(shí)間與距離成正比。另外 ,循環(huán)電子所需更新時(shí)間也比一般的長。傳感器最長更新時(shí)間可用下式作粗略計(jì)算 :更新時(shí)間 = (位置 + 零點(diǎn)位置) / 扭轉(zhuǎn)波傳播速度等價(jià)頻率 = 1/ 更新時(shí)間

2、磁致伸縮位移傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該位移傳感器由兩部分組成：一部分是套有活動(dòng)磁鐵的測量桿；另一部分是位于測量桿上端的測量電路。傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括測量桿與活動(dòng)磁鐵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳感器殼體的設(shè)計(jì)以及殼體與測量桿的聯(lián)結(jié)。

如果位移傳感器用作液位計(jì)，測量桿應(yīng)選用防腐材料制成 ,如被測介質(zhì)為強(qiáng)腐蝕物料時(shí) ,還可在測量桿外套上保護(hù)套。測量桿外保護(hù)套的材料可依據(jù)需要選擇，常用的有Teflon及哈氏合金等。在測量桿內(nèi)有一根磁致伸縮材料制成的波導(dǎo)絲 ,其溫度穩(wěn)定性極佳。因?yàn)橐尣▽?dǎo)絲通電 ,以產(chǎn)生磁場 ,所以所選材料應(yīng)具導(dǎo)電性?；顒?dòng)磁鐵外包有薄的鐵皮外殼。磁鐵外殼與測量桿間應(yīng)有一定間隙以保證磁鐵的活動(dòng)。傳感器殼體內(nèi)部裝有電子元件，如線圈、壓板、硬件電路等。傳感器殼體可用鑄鋁鑄造而成。表面涂銹并涂漆 ,以防腐蝕。殼體與測量桿可通過管連接件聯(lián)接。由于焊接具有強(qiáng)度高、容易保證緊密性、工藝簡單、操作簡便、重量輕等優(yōu)點(diǎn) ,而該傳感器具有非接觸測量、磨損小、壽命長的特點(diǎn) ,所以測量桿與管連接件之間可選用不可拆的焊接來聯(lián)接。殼體與管連接件之間用螺紋聯(lián)接 ,便于電子傳感器的拆卸、維修與更換。

3、磁致伸縮位移傳感器的測量電路的設(shè)計(jì)

時(shí)差的測量是計(jì)算位置精度的關(guān)鍵。計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)是要保證在詢問脈沖開始時(shí)計(jì)時(shí) ,而在接收到回波信號(hào)后停止計(jì)時(shí)。電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展為精確測時(shí)提供了大量高性能、小體積的器件和眾多算法 ,利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及電子技術(shù)，可對脈沖聲波的傳播時(shí)間進(jìn)行精確測量。通常采用數(shù)字電路容易達(dá)到低噪音和高精度的特點(diǎn)。電子電路由外置控制器提供觸發(fā)信號(hào) ,傳感器電子接收電路產(chǎn)生一個(gè)開始和停止信號(hào) ,周期正好與活動(dòng)磁鐵位置成正比?；蚴遣捎妹}寬調(diào)制的方法 ,調(diào)制后的脈寬與磁鐵位置成正比。

磁致伸縮位移傳感器電路部分的設(shè)計(jì)包括脈沖激發(fā)電路 ,信號(hào)放大電路 ,過零檢測電路 ,計(jì)時(shí)電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路。脈沖激發(fā)電路由TTL非門組成振蕩器或由微處理器編程產(chǎn)生周期性窄脈沖矩形波 ,控制MOS場效應(yīng)晶體管向傳感器線圈提供脈沖電流 ,使線圈產(chǎn)生的脈沖磁場與磁致伸縮敏感元件的恒定磁場相互作用在傳感器的磁致伸縮敏感元件中激發(fā)扭轉(zhuǎn)超聲脈沖 ,電路產(chǎn)生的周期性窄脈沖矩形波的周期應(yīng)大于超聲脈沖在試樣中的傳播時(shí)間。

放大電路為電壓放大器 ,采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成 ,由于線圈拾取回波信號(hào)的感應(yīng)電動(dòng)勢較大，所以采用兩級(jí)放大即可。放大后的信號(hào)送入過零檢測電路 ,檢測出回波脈沖的到達(dá)時(shí)刻 ,控制計(jì)數(shù)電路記錄觸發(fā)脈沖和回波脈沖的時(shí)間間隔。過零檢測電路的輸出對D觸發(fā)器進(jìn)行控制 ,以產(chǎn)生計(jì)數(shù)門控信號(hào)。計(jì)數(shù)脈沖由精密石英晶體振蕩電路產(chǎn)生，計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)和門控信號(hào)進(jìn)行“邏輯與”運(yùn)算后輸入計(jì)數(shù)器對兩脈沖的時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖頻率越高 ,聲時(shí)測量的分辨率越高。通過TLC2543對5路液位進(jìn)行采集。由于在工業(yè)現(xiàn)場的環(huán)境比較惡劣，干擾源多，為了減少對采樣值的干擾 ,提高采樣信號(hào)的可靠性，采用數(shù)字濾波。為防止噪聲對檢測信號(hào)的影響 ,這里采用展寬頻帶的信號(hào)處理方法。具體方法如下：延長A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后的等待時(shí)間 ,使相鄰兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔足夠長(如一個(gè)信號(hào)周期的1/4)?？杀ＷC在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi) ,采樣點(diǎn)不至于太多而很快占滿內(nèi)存，使有限的存儲(chǔ)器空間容納盡可能多的被測信號(hào)周期 ,以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)平均的目的。采用軟件控制采樣點(diǎn)選擇的方式 ,每隔一定間隔取一個(gè)樣點(diǎn)。設(shè)在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)每隔n1個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)采樣一次 ,共采了n2個(gè)樣點(diǎn) ,則信號(hào)的頻率為f=1/(n1 n2Δt)A/D轉(zhuǎn)換電路對線圈接收的回波信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器的最高采樣頻率和轉(zhuǎn)換位數(shù)對測時(shí)準(zhǔn)確性和測量范圍有影響 ,因此應(yīng)根據(jù)回波脈沖頻率 ,和每一脈沖波形的采樣點(diǎn)數(shù)選擇不同頻率和位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器。由于回波脈沖的頻率一般在 500kHz以下 ,考慮每一脈沖波形的采樣點(diǎn)數(shù)不少于10個(gè)并保證較高的幅值分辨力 ,選用采樣頻率為 5MHz的12位A/D轉(zhuǎn)換器。因?yàn)殡娏骺垢蓴_能力強(qiáng) ,適于遠(yuǎn)距離傳輸 ,是過程控制常用的輸出方式。所以可選用電壓/電流轉(zhuǎn)換接口電路芯片保證電流的輸出。

4、磁致伸縮位移傳感器性能

磁致伸縮位移傳感器的精度極高。國外制造的同類產(chǎn)品 ,其重復(fù)性和分辨率最高可達(dá)到2μm，非線性誤差最高為0102%F1S1 ,其遲滯誤差小于4μm。 本設(shè)計(jì)采用 12MHz時(shí)鐘 ,經(jīng)分頻后 ,對5m的量程范圍 ,其分辨率達(dá)0105mm.由于電子部件可探測由同一觸發(fā)脈沖所產(chǎn)生的連續(xù)回波信號(hào) ,所以在同一傳感器上可裝配多個(gè)活動(dòng)磁鐵以檢測不同位置或不同參數(shù)。這樣做省去了采用多個(gè)傳感器所造成的成本浪費(fèi)。

傳感器所需電量非常低 ,適于在易燃易爆的環(huán)境下使用。同時(shí) ,由于磁致伸縮材料具有耐高溫高壓的特點(diǎn) ,再配以能承受高壓的外管保護(hù) ,該傳感器也能用于高溫高壓以及核輻射等惡劣環(huán)境下。即使被檢測對象的溫度高于傳感器的額定溫度時(shí) ,可以使用一根長的細(xì)金屬絲作為波導(dǎo)管 ,將聲波或其他信號(hào)傳到距離被測對象比較遠(yuǎn)、傳感器能可靠工作的固定位置。

5、結(jié) 論

磁致伸縮技術(shù)在國外已獲得了廣泛的應(yīng)用 ,并已形成技術(shù)壟斷。但在國內(nèi) ,對于磁致伸縮理論的研究就非常少 ,而對磁致伸縮技術(shù)的應(yīng)用也未得到足夠的重視。介紹的磁致伸縮扭轉(zhuǎn)波位移傳感器性能優(yōu)越 ,性價(jià)比合理 ,應(yīng)該得到國內(nèi)廣泛的應(yīng)用 ,并形成對磁致伸縮原理及技術(shù)的廣泛關(guān)注。