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磁致伸縮材料在磁場作用時會發(fā)生變形，產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象，并在材料中形成扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波。磁彈耦合扭轉(zhuǎn)波位移傳感器是利用縱向扭轉(zhuǎn)導(dǎo)波的傳播延時實現(xiàn)位移/液位測量，其精度高、抗干擾性強、環(huán)境適應(yīng)性強、應(yīng)用范圍廣泛、具有重要的研究價值，已成為當(dāng)今傳感器領(lǐng)域的重要分支。

首先，對傳感器的相關(guān)研究和應(yīng)用背景進行了簡要說明，并簡單介紹了磁致伸縮位移傳感器的優(yōu)勢及其發(fā)展現(xiàn)狀。詳細闡述了磁彈耦合扭轉(zhuǎn)波位移傳感器基本原理，并深入研究分析了磁彈耦合理論、磁彈耦合扭轉(zhuǎn)波產(chǎn)生機理以及磁彈耦合扭轉(zhuǎn)波檢測原理。

其次，根據(jù)鐵磁材料的壓磁方程，將波導(dǎo)絲中產(chǎn)生的電磁力引入彈性力學(xué)方程來確定材料的形變，以此構(gòu)建出扭轉(zhuǎn)波在波導(dǎo)絲中的波動方程；利用波動方程并對邊界條件求特解，得出了扭轉(zhuǎn)波傳播中波導(dǎo)絲的應(yīng)變量；對波導(dǎo)絲中存在的各種磁場能進行分析，并結(jié)合麥克斯韋方程組和帶阻尼項的吉爾伯特磁化強度進動方程得出了耦合磁場位置波導(dǎo)絲的相對磁導(dǎo)率；再利用電磁感應(yīng)定理構(gòu)建了感應(yīng)線圈輸出電壓表達式。

再次，根據(jù)測量方案的設(shè)計需求，給出了磁彈耦合扭轉(zhuǎn)波位移傳感器系統(tǒng)信號調(diào)理電路，實現(xiàn)了對激勵信號的功率放大以及對輸出感應(yīng)信號的放大、電壓比較以及整形等功能；為了減小環(huán)境溫度影響扭轉(zhuǎn)波傳播速度而造成的測量誤差，提出了一種利用相對位置固定的雙磁鐵時間差之比的溫度補償測量方案，并對所提方案的原理以及優(yōu)點進行了詳細的闡述。

最后，根據(jù)傳感器系統(tǒng)方案設(shè)計搭建了硬件測試平臺。利用實驗平臺對系統(tǒng)的測量電路進行了驗證，實驗波形表明電路設(shè)計方案滿足實際需要。分別對模擬式和數(shù)字式兩種測量方案進行了測量驗證，給出了相關(guān)測量的靜態(tài)特性：線性度分別為±0.555%，±0.836%；靈敏度分別為 823.83mV/m，0.352ms/m；遲滯分別為 0.585%，1.071%；重復(fù)性分別為±1.0462%，±0.1942%；系統(tǒng)總精度分別為1.312%，1.372%。利用實驗平臺對溫度補償方案進行了驗證，實驗數(shù)據(jù)表明不采用溫度補償方案測量的相對誤差最大值2.27%，采用溫度補償方案后傳感器的測量相對誤差最大值0.366%，可見該方案降低了測量相對誤差；同時對影響輸出電壓的激勵源脈寬和頻率和以及感應(yīng)線圈匝數(shù)進行了驗證，實驗結(jié)果符合輸出電壓模型，表明該模型具有一定的合理性以及實用性。

建立的輸出電壓理論計算模型，對鐵鎳合金磁致伸縮位移傳感器理論研究具有一定的工程應(yīng)用價值，提出的雙磁鐵時間差之比的溫度補償策略，具有一定創(chuàng)新性。