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近些年來(lái),隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,電子信息產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，位移傳感器的應(yīng)用范圍也日益增大?；诖胖律炜s原理設(shè)計(jì)而成的新型智能化位移傳感器——磁致伸縮位移傳感器(Magnetostrictivedisplacementtransducer)因其具有高精度、非接觸式、使用壽命長(zhǎng)且適用于惡劣環(huán)境中等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、電力、水利等各種領(lǐng)域，如輪船的各種閥門(mén)控制，汽車加油系統(tǒng)，水文監(jiān)測(cè),各種液罐的液位監(jiān)測(cè),機(jī)械自動(dòng)化等,特別是應(yīng)用于航天加油系統(tǒng)中的燃油監(jiān)測(cè),導(dǎo)彈和航天器的姿態(tài)控制，六自由度模擬飛行器系統(tǒng)等領(lǐng)域中。

長(zhǎng)期以來(lái)，世界各國(guó)的汽車制造商們致力于對(duì)提高車身穩(wěn)定性和乘坐舒適性的研究，汽車工業(yè)中的減震器制造商一直為磁致伸縮位移傳感器高精度測(cè)量、可調(diào)輸出、非接觸式設(shè)計(jì)等各種高性能特點(diǎn)所吸引,然而截止目前，磁致伸縮位移傳感器只能小批量生產(chǎn)決定了其較高的價(jià)格，這些高科技裝置還只是主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中，在汽車工業(yè)，尤其是在減震器中較為少見(jiàn)。

本文介紹了磁致伸縮位移傳感器的原理及其應(yīng)用狀況,分析了汽車減震器的工作原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出_款能夠應(yīng)用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器，并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。

一、磁致伸縮位移傳感器的原理及應(yīng)用狀況

英國(guó)著名科學(xué)家焦耳(JamesPrescottJoule)于1842年發(fā)現(xiàn)了磁致伸縮效應(yīng)。所謂磁致伸縮效應(yīng)，是指磁致伸縮材料在受到外界磁場(chǎng)的作用時(shí)，其體積和長(zhǎng)度將發(fā)生變化的一種現(xiàn)象。1940年,磁致伸縮技術(shù)首次成功應(yīng)用于潛艇聲納測(cè)距系統(tǒng)；美國(guó)科學(xué)家泰勒曼（JackTellerman）在1960年向美國(guó)政府申請(qǐng)了磁致伸縮位移傳感器的專利權(quán)"。

磁致伸縮位移傳感器，是利用上文所述的磁致伸縮原理，通過(guò)兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)，通過(guò)測(cè)量應(yīng)變脈沖信號(hào)沿測(cè)量元件傳播到參考點(diǎn)的時(shí)間來(lái)測(cè)量位移的。

磁致伸縮位移傳感器主要有三個(gè)模塊組成:測(cè)量模塊、位置檢測(cè)模塊和測(cè)量電路模塊。其中測(cè)量模塊由波導(dǎo)管、波導(dǎo)絲、信號(hào)輸出端子以及前部阻尼元件組成;位置檢測(cè)模塊由鋼環(huán)及其內(nèi)嵌的永磁鐵塊組成，其中鋼環(huán)的外徑可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改變；測(cè)量電路模塊由信號(hào)輸入接口、信號(hào)輸出接口、電源接口以及信號(hào)發(fā)生和采集電路組成。

磁致伸縮位移傳感器的核心敏感元件是位于測(cè)量元件（波導(dǎo)管）內(nèi)的、由特殊磁致伸縮材料制成的一根波導(dǎo)絲,該材料在現(xiàn)代工業(yè)界享有“黑色黃金”之稱，具有應(yīng)變值高、電（磁）機(jī)械波轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能將微小的磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械波。當(dāng)電子探頭中脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電流脈沖沿波導(dǎo)管內(nèi)的波導(dǎo)絲傳播時(shí)，會(huì)在波導(dǎo)管外伴隨產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形磁場(chǎng)，當(dāng)該環(huán)形磁場(chǎng)與磁環(huán)的固有磁場(chǎng)相遇時(shí)，二者會(huì)發(fā)生相互作用，此時(shí)，由于磁致伸縮效應(yīng),在波導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖，這個(gè)機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖以固定的音速傳播，并很快被電子探頭所檢測(cè)到。由于該機(jī)械扭力波在波導(dǎo)管內(nèi)的傳播時(shí)間和磁環(huán)與電子探頭之間的距離成正比,于是通過(guò)測(cè)量發(fā)電脈沖與機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖返回之間的時(shí)間差，就可以精確地計(jì)算出磁環(huán)所在位置啊。

由于測(cè)量用的磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸,即使測(cè)量過(guò)程是無(wú)限重復(fù)的也不至于被摩擦、損耗，因此磁致伸縮位移傳感器使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作,即使在惡劣的環(huán)境下（易燃、易爆、易揮發(fā)、腐蝕場(chǎng)合）也能正常工作。此外，由于傳感器的輸出信號(hào)是一絕對(duì)值，因此即使電源中斷、重接也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)收集造成影響，也無(wú)需重新調(diào)整零位。正因如此，磁致伸縮位移傳感器被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。

二、汽車減震器的工作原理

汽車在行駛過(guò)程中，懸架系統(tǒng)中的彈性元件會(huì)因路面顛簸等原因而產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛的平穩(wěn)性,提高其乘坐舒適性,通常在汽車懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝有減震器。減震器與彈性元件相連，共同起著減震的作用。

減震器的種類多種多樣，目前在汽車懸架系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是筒式減震器，筒式減震器又可分為單向作用和雙向作用筒式減震器，下面就以雙向筒式減震器為例，分析汽車減震器的工作原理。

當(dāng)汽車車身靠近車輪時(shí)，減震器受壓縮,活塞3向下移動(dòng),造成活塞下腔室的油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室。而上腔因?yàn)橛谢钊麠U1的存在，所以增加的容積小于下腔減小的容積,因此一部分油液將經(jīng)壓縮閥6流回貯油缸5。當(dāng)汽車車身遠(yuǎn)離車輪時(shí),減震器受拉伸，此時(shí)活塞3向上移動(dòng)，上腔油壓隨之升高,流通閥8處于關(guān)閉狀態(tài),上腔內(nèi)的油液便經(jīng)伸張閥4流入下腔。由于活塞桿1的存在,下腔會(huì)產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲(chǔ)油缸中的油液便推開(kāi)補(bǔ)償閥7進(jìn)入下腔。在減震器壓縮和拉伸過(guò)程中,這些閥對(duì)油的節(jié)流作用便形成懸架在運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼力。

三、磁致伸縮位移傳感器在汽車減震器中的應(yīng)用開(kāi)發(fā)

3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來(lái)講，傳感器與汽車減震器的組合結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)置式和外置式兩種?？紤]到外置式可能會(huì)改變減震器的原始尺寸，從而影響減震器的各項(xiàng)性能,不利于實(shí)驗(yàn)，所以本文中用在不影響減震器各項(xiàng)工作指標(biāo)的前提下磁致伸縮位移傳感器與減震器的內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。

3.2傳感器性能指標(biāo)測(cè)試

為測(cè)試傳感器嵌入減震器之后的各項(xiàng)性能指標(biāo)，特搭建了由實(shí)驗(yàn)減震器、印制電路板、LCD、FDPS-50BA型電源（輸入220V,輸出土15V.5V）和精密萬(wàn)用表（安捷倫34401A）組成的測(cè)試系統(tǒng)。利用搭建的系統(tǒng)對(duì)該傳感器的線性度，遲滯和重復(fù)性進(jìn)行測(cè)量。

3.2.1傳感器線性度

在傳感器的有效量程范圍內(nèi)每隔5mm移動(dòng)一次磁環(huán)位置，連續(xù)3.2.2傳感器遲滯

將傳感器的有效量程進(jìn)行20等分,對(duì)于0-20之間的每個(gè)位移值，分別進(jìn)行10次測(cè)量。然后對(duì)每次測(cè)量的平均值（共21個(gè)）進(jìn)行LMS擬合計(jì)算，對(duì)20—0之間的每個(gè)位移值進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算正反方向測(cè)量的差值A(chǔ)H。

3.2.3傳感器重復(fù)性

根據(jù)上一步實(shí)驗(yàn)所得傳感器在正反行程的測(cè)量數(shù)據(jù)，由線性度公式計(jì)算出該傳感器的重復(fù)性誤差=±0.293%FS。

四、結(jié)論

基于磁致伸縮效應(yīng)的位移傳感器因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而受到各行業(yè)的青睞，汽車減震器的目的在于改善駕駛平順性，提高乘坐的舒適性。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器能夠很好的測(cè)量汽車在行駛過(guò)程中減震器的震動(dòng)幅度，從而為致力于改進(jìn)汽車綜合性能的汽車制造商們提供有效參考。對(duì)減震器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了內(nèi)嵌入其中的磁致伸縮位移傳感器具有良好的性能:線性度為0.368%FS，遲滯為0.185%FS，重復(fù)性誤差為±0.293%FSo。