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液壓支架電液控制系統(tǒng)的推移主要靠安裝在千斤頂內的位移傳感器來控制。該位移傳感可以檢測千斤頂?shù)幕钊谐?，進而掌握工作面的推進速度和累計推進量，以便準確制定工作計劃和推算煤炭產(chǎn)量。位移傳感器的精度和可靠性，對整個綜采面的自動化有的至關重要的作用。而傳統(tǒng)的位移傳感器是用若干個干簧管排列分壓原理設計，精度和可靠性都很低。利用磁致伸縮原理設計高精度位移傳感器，解決傳統(tǒng)干簧管式位移傳感器在使用存在的問題，使傳感器可適應井下惡劣環(huán)境，提高液壓支架推移精度、可靠性及智能化程度，推進采煤工作面自動化。
1、Modbus通信協(xié)議發(fā)展
Modbus通信協(xié)議廣泛應用于PLC、組態(tài)軟件、分布式IO模塊、傳感器等，不同廠商設備只要符合Modbus通信協(xié)議，均可進行聯(lián)網(wǎng)，進行集中采集。Modbus網(wǎng)絡是一種主從關系網(wǎng)絡，在同一個網(wǎng)絡中，只可存在一個主站，主站負責發(fā)送采集命令，采集命令中包含從站地址信息，從站接收到命令后，判斷是否與自身命令相同，地址相同就根據(jù)功能碼響應主站命令，地址不相同則繼續(xù)保持接收狀態(tài)，等待下一個命令。Modbus協(xié)議設備具備以下優(yōu)點：①協(xié)議廣泛應用，普遍性高；②網(wǎng)絡結構簡單，施工維護簡單；③協(xié)議簡單易懂，方便系統(tǒng)接入，二次開發(fā)效率高；④技術成熟，可靠穩(wěn)定。
磁致伸縮位移傳感器基本原理，主要由電子電路、波導線、磁鐵、拾能機構等組成。其基本測量原理：開始電子倉內部電路發(fā)送一個電流激勵脈沖，在沿著波導絲方向形成一個安培環(huán)形磁場，該磁場與套在波導絲上的永久磁鐵磁場相遇，在磁場正交點波導絲發(fā)生磁致伸縮效應，產(chǎn)生一個扭轉波并以2833米/秒向波導絲兩端傳播，沿電子倉方向的扭轉波被拾能機構轉換為電信號，電子倉內部電計算出返回信號與激勵信號的時間差，再乘以傳播速度得出磁環(huán)實際位置，從而完成精確測量。只要磁環(huán)位移發(fā)生變化，返回信號時間差就會改變，從而計算出當前位置。由于輸出信號是一個真正絕對值，故不必像其他位移傳感器一樣需要定期重標，維護簡單。
2、相關功能測試
2.1 非線性度測試
①測試要求：將磁致伸縮位移傳感器安裝在線性測試臺，保持傳感器水平。用SONY磁柵尺線性度標定臺測量磁尺線性度，在量程范圍內測試樣機非線性，取11個點各進行2次測試。先把位移傳感器安裝在線性測試臺，保持傳感器水平，定頂部位包括前端固定。
②測試設備：TPR3005-3C直流穩(wěn)壓電源、磁柵尺線性度標定臺、數(shù)字萬用表。
③判定標準：非線性度≤±0.2%FS或1mm(以最大為準)。
④測試結果：下表為非線性測試得到的結果數(shù)據(jù)，可以看出，非線性度均符合要求。
| 供電 | 1#(960mm) | 2#(960mm) | 3#(960mm) |
| 12VDC | 0.0636% | 0.0711% | 0.0936% |
| ±0.2%FS | 合格 | 合格 | 合格 |
2.2 跌落測試
①測試目的：測試位移傳感器在不同高度跌落后的電氣性能。
②測試方法：傳感器從1米高起點為水平跌落至水泥地，以0.2米高度遞增，每個高度跌落次數(shù)3次，每個高度跌落完成后取11個點進行測試，分別記錄輸出信號和工作電流。
③測試數(shù)據(jù)：圖5-12、圖5-13、圖5-14、圖5-15分別是對1#、2#、3#、4#號傳感器試驗測試數(shù)據(jù)。
④測試結果：1#傳感器通過4米跌落后，信號輸出正常，工作電流與跌落前比較，基本沒變化； 2#傳感器做完4米跌落后，信號輸出不正常，工作10.27mA。綜上所述可知1#和4#傳感器能通過4米高度的跌落試驗，2#傳感器在3.4米跌落時，出現(xiàn)損壞。3#傳感器在4米跌落時，出現(xiàn)損壞。
2.3 浸水測試
①實驗對象：3臺礦用磁致伸縮位移傳感器。
②實驗目的：將3臺傳感器通過插座線與插頭對接好并鎖緊 (保證密封性)，再將其倒置(出線端朝下)放置泡水容器內，使連接線保持在水面以上(其中15100014泡水深度0.9m，15100012、15100011 泡水深度1.1m)，分別測試3臺傳感器電源正與地、地與信號端阻抗值、輸出信號，每天至少測試并記錄一次數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄20天。
③實驗結果：經(jīng)過20天的泡水試驗傳感器絕緣度未發(fā)生下降，信號輸出正常。
2.4 上電電流測試
①測試目的：測試煤礦用位移傳感器上電瞬間電流。
②測試方法：在磁尺電源地串接入一個1Ω電阻，用示波器測量電阻波形并進行分析。
③測試結果：下圖為電電流波形圖，瞬間電壓峰值為0.13V，瞬間電流為 I=0.13/1=0.13A，從峰值降到零伏的持續(xù)時間為1.2ms左右。
3、Modbus通訊驗證
為驗證產(chǎn)品符合Modbus RTU通訊方式，使用組態(tài)軟件進行測試，采用北京昆侖通態(tài)觸摸屏主站，利用昆侖通態(tài)嵌入式組態(tài)軟件對觸摸屏進行組態(tài)設計，從站為基于Modbus協(xié)議煤礦液壓支架用磁致伸縮位移傳感器。位移傳感器與觸摸屏均能正常通信，且上傳數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。參數(shù)配置如下：
①配置Modbus主站；
②設置串口父設備的參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位，這些參數(shù)必須跟從站設備一致；
④在串口父設備上，添加Modbus設備；
⑤設置Modbus設備的地址，通訊時間，通訊地址必須跟從站一致；
⑥設置功能碼以及寄存器地址，從站設備支持03功能碼(讀取保持寄存器)，寄存地址為0x0004，0x0005(16進制)。
4、結 論
本文通過搭建試驗平臺對位移傳感器進行電磁兼容測試、跌落試驗、非線性度測試和泡水試驗。數(shù)據(jù)表明磁致伸縮礦用位移傳感器精度、可靠性都高于傳統(tǒng)干簧管測控桿，完全滿足在礦下使用。歡迎來電咨詢！
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