磁致伸缩位移传感器的原理

随着电子信息产业的迅速发展 , 位移传感器的应用范围日益加大。基于铰接式磁致伸缩位移传感器,分体式磁致伸缩位移传感器磁致伸缩原理而设计的新型智能化位移传感器具有高精度、有效传递距离远、非接触式、可靠性高且适应于恶劣环境等特点 , 因而被广泛地应用到各种领域 , 如轮船的各种阀门控制、液位与液压系统、机械自动化等。特别是应用于战机、空中加油机燃油测量、飞机、和航天器的姿态控制、六自由度飞行模拟器系统等军事领域 , 对提高我军战斗力具有重要的军事意义。
磁致伸缩位移传感器的原理：
位移传感器由两部分组成 : 一部分是套有活动磁铁的测量杆 ; 另一部分是位于测量杆上端的测量电路。磁致伸缩位移传感器主要包括以下几部分 : 波导丝、保护管套、移动磁铁、电路板部分。测量管是整个传感器的重要传感部分 , 这一部分又包括 : 偏置磁铁、波导丝、保护管套、末端衰减阻尼装置、非接触磁环、转换器输出。
磁致伸缩位移传感器的敏感元件是利用某些铁磁性物质 , 如 Fe和 N i, 在磁场作用下具有伸缩能力的特性设计而成的。通常铁镍合金的磁致伸缩效果是微弱的 , 铁镍合金磁致伸缩系数约为 30×10- 6 , 在其中掺杂稀土元素可使磁致伸缩效果有效提升 。敏感元件的研制是开发传感器的关键所在。
磁致伸缩位移传感器基本结构是由信号检测系统、波导管、磁致伸缩波导丝以及内含磁铁的浮子组成 , 在某些位移传感器中 , 浮子用磁环代替。
工作时 , 传感头中的脉冲发生器在磁致伸缩波导丝上施加一个电脉冲信号 , 根据电磁场理论 , 此电脉冲同时伴随一个环型磁场以光速沿磁致伸缩波导丝向下传递。当该环形磁场遇到浮子中磁铁产生的纵向磁场时 , 将与之进行矢量叠加 , 形成一个螺旋形的磁场。当磁致伸缩材料所处的磁场发生变化时 , 磁致伸缩材料本身的物理尺寸也会跟着发生变化。因此当合成磁场发生变化形成螺旋形磁场时 , 磁致伸缩波导丝会产生伸缩变形 , 而沿螺旋形磁场的伸缩将导致波导丝产生扭曲形变 , 从而激发扭转波。该扭转波沿波导丝以超声波的形式回传到信号检测系统中的感应线圈时 , 将转换成横向应力 。根据发射脉冲与回波信号的时间差计算活动磁铁的位置 , 从而得到目标位置的位移量。