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磁致伸縮位移傳感器具有高精度、高穩(wěn)定、非接觸式測量等優(yōu)點，在超精密儀器、數(shù)控機床、自動化生產(chǎn)中有著廣泛的應用。近年來研究者在傳統(tǒng)結(jié)構的磁致伸縮位移傳感器輸出電壓模型、扭轉(zhuǎn)波衰減特性分析以及結(jié)構設計與優(yōu)化等方面做了大量的研究工作。在某些需要對多位移量進行同步測量的工作場合中，如雙擠壓結(jié)構的壓塊機、自動化流水線等，傳統(tǒng)結(jié)構的磁致伸縮位移傳感器無法滿足測量需求，因此采用多磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器來實現(xiàn)單次多點的位置測量，但由于多磁環(huán)傳感器各磁環(huán)間偏置磁場的疊加，嚴重影響傳感器磁環(huán)間的距離測量,如美國MTS多磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器在安裝中統(tǒng)一要求兩個磁環(huán)最小間距為75mm即磁環(huán)間測量盲區(qū)為75mm這大大限制了磁環(huán)間的測量距離。同時磁環(huán)間的安裝間距問題也在困擾著廣大用戶。

為解決上述問題，南京理工大學卜雄洙等人，設計了一個多功能磁致伸縮位移測量儀，兩個磁環(huán)可以進行自我校準，消除環(huán)境等因素對測量精度的影響，并實現(xiàn)了多種信號的輸出。安世鋒等人設計了一種雙浮子磁致伸縮液位傳感器，不但可以對油罐內(nèi)界面與液面的雙重測量，還可以對傳感器周圍溫度進行測量，以上研究主要針對于雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器硬件電路的設計與優(yōu)化，但是對于其磁環(huán)間測量盲區(qū)的影響因素鮮有報道，特別是雙磁環(huán)偏置磁場對傳感器磁環(huán)間測量盲區(qū)的影響，因而很有必要開展雙磁環(huán)偏置磁場對傳感器測量盲區(qū)的影響的研究工作。

本文首先對雙磁環(huán)偏置磁場下傳感器的輸出電壓進行分析，建立了雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器的輸出電壓模型，并通過實驗進行驗證，利用該模型可以通過預測雙磁環(huán)間距的最小距離，選擇合適的磁環(huán)進行安裝，從而減小雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器磁環(huán)間的測量盲區(qū)。

1、雙磁環(huán)位移傳感器的輸出電壓模型

1.1 雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器工作原理

雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器其結(jié)構主要由驅(qū)動電路、波導絲、環(huán)形永磁體、檢測裝置、阻尼裝置等組成。當傳感器工作時，脈沖驅(qū)動電流到達檢測線圈、環(huán)形永磁體處，脈沖電流瞬間產(chǎn)生的周向磁場與環(huán)形永磁體產(chǎn)生的軸向磁場疊加，形成螺旋磁場?；谖旱侣艌霪B加處會使波導絲產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形變，兩個環(huán)形永磁體同時工作形成兩個扭轉(zhuǎn)應力波并以速度ｖ分別向磁環(huán)兩側(cè)傳播，當檢測線圈檢測到扭轉(zhuǎn)波信號，線圈兩端會產(chǎn)生電壓信號。通過采集扭轉(zhuǎn)波傳輸時間t1、t2即脈沖發(fā)出時間與兩個扭轉(zhuǎn)波被檢測到的時間之間的時間差,環(huán)形永磁體與檢測線圈之間的距離為S1、S2得到位移傳感器兩個檢測位移量為:S1=vt1_，S2=vt2；波的傳播具有獨立性，兩個扭轉(zhuǎn)波產(chǎn)生后會在傳播中相遇，但互不影響。檢測線圈可以檢測到兩個獨立的電壓信號，從而完成測量任務，傳感器兩端裝有阻尼裝置?可以有效減小反射波的干擾。

1.2 測量盲區(qū)產(chǎn)生的原因

由雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器的測量原理可知要測量環(huán)形永磁體與檢測線圈之間的距離，需準確測量應力波在永磁體與檢測線圈之間的傳播時間。目前確定應力波傳播時間的方法主要有閾值法和峰值法兩種，但兩種檢測方法的缺點是輸出電壓幅值的變化會嚴重影響應力波傳播時間的確定，使傳感器檢測失效。因此輸出電壓幅值的穩(wěn)定是準確測量位移的關鍵。

螺旋磁場下位移傳感器輸出電壓的變化，從中可以發(fā)現(xiàn)偏置磁場的變化會嚴重影響輸出電壓的變化，雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器有兩個磁環(huán)。由于磁環(huán)剩磁的存在兩個磁環(huán)在一定距離內(nèi)，磁環(huán)的剩余磁場強度與另一磁環(huán)的中心磁場強度疊加形成的新的偏置磁場?會導致輸出電壓變化，從而使傳感器檢測失效產(chǎn)生測量盲區(qū)。

2、結(jié) 論

①基于磁致伸縮位移傳感器輸出電壓模型及磁環(huán)磁場疊加理論方程建立了雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器的輸出電壓模型計算表明雙磁環(huán)在不同間距與放置方向下輸出電壓會有升高或降低的變化；

②磁環(huán)規(guī)格相同時測量盲區(qū)的大小與磁環(huán)放置方向無關與磁環(huán)偏置磁場的大小有關。磁環(huán)偏置磁場強度越小，磁環(huán)間的測量盲區(qū)越小，磁場疊加影響的電壓幅值變化量也越小，當磁環(huán)規(guī)格為外徑36mm，內(nèi)徑24mm，厚度6mm時，磁環(huán)偏置磁場強度為3kA/m 的雙磁環(huán)比磁環(huán)偏置磁場強度為5kA/m的雙磁環(huán)測量盲區(qū)小20mm，且電壓幅值的變化量小9mV；

③在磁環(huán)相互靠近的過程中，輸出電壓信號會疊加變成新的畸變信號，此時電壓輸出信號不僅與磁場疊加有關還與信號波形有關，在這個過程中電壓變化較大且無法準確預測電壓的變化。

綜上，在進行實際測量時，應綜合考慮傳感器各方面要求后，通過計算選擇合適的磁環(huán)，從而達到測量要求,減小雙磁環(huán)磁致伸縮位移傳感器磁環(huán)間的測量盲區(qū)。歡迎來電咨詢。