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在電液伺服控制液壓缸系統(tǒng)中，目前經(jīng)常使用的直線位移傳感器有電感型、電位計型、電容型、光柵式、和磁柵式等。它是機電控制技術(shù)領(lǐng)域中非常重要的一種元件，但位移傳感器的維護(hù)和保養(yǎng)是十分麻煩的，尤其在惡劣環(huán)境下，傳感器易受油漬、溶液、塵土或其他的污染。而帶磁致伸縮位移傳感器液壓缸反饋裝置采用特殊的結(jié)構(gòu)及按裝方式，它是用非接觸測量技術(shù)監(jiān)控活動磁鐵和傳感器并不直接接觸,抗污染情況良好，并易於維護(hù)。即使在惡劣環(huán)境下也可適合應(yīng)用，它也能承受高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境。帶磁致伸縮位移傳感器液壓缸的閥塊是用作連接電液伺服閥的，位移傳感器剛性地連接于缸的無桿端，并在空心活塞桿內(nèi)完成全行程長度，一個永久磁鐵與缸的活塞連接。當(dāng)活塞沿行程運動時，該傳感器通過利用磁致伸縮波導(dǎo)管測量存在波導(dǎo)中應(yīng)變脈沖的發(fā)出與返回的時間間隔能精確地確定活塞(或磁鐵)的位置。

1、磁致伸縮位移傳感器用于液壓缸的主要問題分析

1.1 傳感器工作原理

磁致伸縮系指一些金屬(鐵或鎳)在磁場作用下具有伸縮能力。磁致伸縮的效果是非常細(xì)微的，通常鐵鎳合金是30ppm，目前已研究出更加新型的物質(zhì)，可將磁致伸縮的效果提高升至1500ppm以上。示明一個基本的敏感元件利用磁致伸縮波導(dǎo)管來測量移動磁鐵的裝置，它是利用兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號，然后計算這個信號被探測所需的時間，便能計算出準(zhǔn)確位置。兩個磁場一個來自在傳感器外面的活動磁鐵，另一個則原自傳感器內(nèi)波導(dǎo)管的電流脈沖，電流脈沖是傳感器固有電子部件所產(chǎn)生的。當(dāng)兩個磁場相交時所產(chǎn)生的一個應(yīng)變脈沖，會以聲速運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)變脈沖所需的時間乘以這個固定速度，就能準(zhǔn)確的算出位置的變動。實際上活動磁鐵的位置變化是連續(xù)不斷的, 所以當(dāng)它被移動時新的位置很快就會被感測出來。

1.2 位置計算

位置的計算是非常簡單，將所測量的時差乘以一個傳感器傳送速度的系數(shù)，或者用除以一個傳送速度倒置常數(shù)。傳送速度的倒置常數(shù)或稱傾斜度，慣例傾斜度印在傳感器的標(biāo)簽上。由于磁鐵距離傳感器的電子零件越遠(yuǎn)，音波所需行走時間越長，所以傳感器的更新時間與距離成正比。當(dāng)然，循環(huán)電子所需之更新時間也較長。傳感器最長更新時間可用下式作精略計算更新時間=(位置+零點位置)×傾斜度等價頻率響應(yīng)=1/更新時間。傳感器的更新頻率對電液伺服控制機構(gòu)的應(yīng)用非常重要，對一般伺服控制而言500Hz以上便已足夠。

2、磁致伸縮位移傳感器性能

2.1 傳感器的精度及特性

重復(fù)性和分辨率最高可達(dá)2μm，非線性誤差最高0.02%F.S，遲滯誤差小于4μm。由于其重復(fù)性極高，一些數(shù)字配套系統(tǒng)可利用線性校正系統(tǒng)將非線性誤差降至0.01%F.S或更低。波導(dǎo)管是選用特別材料制成的，溫度穩(wěn)定性極佳。波導(dǎo)管的熱度系數(shù)為5.4ppm/℃或更佳。傳感器的沖擊100g(單一沖擊)，振蕩指標(biāo)5g/102150Hz。由于電子部件可探測同一詢問脈沖所產(chǎn)生的連續(xù)磁波，在同一傳感器上可裝配多個活動磁鐵，所以可進(jìn)行多重測量。又由于傳感器所需電量非常低，它在易爆環(huán)境中可釋放的能量很小，低于燃燒點很多，內(nèi)在安全性很好。

2.2 傳感器

①模擬電子：容易安裝于新舊設(shè)備上 ,無論是電壓或電流信號均可在同一電路板上產(chǎn)生；

②數(shù)字接口：如果要求低噪音及高精度的話，數(shù)字接口應(yīng)該是傳感器的最佳選擇。第一種是數(shù)字開始/停止方式即RS422信號。傳感器由外置控制器提供激勵信號，從而產(chǎn)生一個開始和一個停止信號，其周期與活動磁鐵成正比的。第二種為脈沖寬度調(diào)制PWM，調(diào)制后的脈寬與磁鐵位置成正比例。至于串行數(shù)字傳輸方面可將位置或水平信息經(jīng)由一般雙線系統(tǒng)，如RS485、SSI、CAN總線等傳送。

3、結(jié) 論

磁致伸縮位移傳感器已在注塑業(yè)、鋼鐵業(yè)、印刷業(yè)、鋸木業(yè)、木材加工、飛行模擬臺、汽車業(yè)、流體流量計、水利水電和船閘工程等行業(yè)中得到應(yīng)用。帶磁致伸縮位移傳感器的液壓缸必然會得越來越得廣泛應(yīng)用，發(fā)展前景十分廣闊。希望我國液壓行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層予以足夠重視，并組織力量研制開發(fā)。