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磁致伸縮線性位移/液位傳感器的檢測機(jī)理基于傳感器核心檢測元件磁致伸縮波導(dǎo)絲與游標(biāo)磁環(huán)間的魏德曼效應(yīng)。測量時，電子倉中的激勵模塊在敏感檢測元件（磁致伸縮波導(dǎo)絲）兩端施加一查詢脈沖，該脈沖以光速在波導(dǎo)絲周圍形成周向安培環(huán)形磁場，該環(huán)形磁場與游標(biāo)磁環(huán)的偏置永磁磁場發(fā)生耦合作用時，會在波導(dǎo)絲的表面形成魏德曼效應(yīng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波，扭轉(zhuǎn)波以聲速由產(chǎn)生點(diǎn)向波導(dǎo)絲的兩端傳播，傳向末端的扭轉(zhuǎn)波被阻尼器件吸收，傳向激勵端的信號則被檢波裝置接收，電子倉中的控制模塊計(jì)算出查詢脈沖與接收信號間的時間差，再乘以扭轉(zhuǎn)應(yīng)力波在波導(dǎo)材料中的傳播速度（約2830m/s），即可計(jì)算出扭轉(zhuǎn)波發(fā)生位置與測量基準(zhǔn)點(diǎn)間的距離，也即游標(biāo)磁環(huán)在該瞬時相對于測量基準(zhǔn)點(diǎn)間的絕對距離，從而實(shí)現(xiàn)對游標(biāo)磁環(huán)位置的實(shí)時精確測量。

一、工作原理

磁致伸縮位移（液位）傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個不同磁場相交產(chǎn)生一個應(yīng)變脈沖信號來準(zhǔn)確地測量位置的。測量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個圓周磁場，當(dāng)該磁場和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動磁環(huán)產(chǎn)生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會產(chǎn)生一個應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號，這個應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。

由于這個應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時間和活動磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值,而不是比例的或放大處理的信號,所以不存在信號漂移或變值的情況,更無需定期重標(biāo)。

二、結(jié)構(gòu)材質(zhì)

①測桿結(jié)構(gòu)：剛性測桿結(jié)構(gòu)、外置一體式結(jié)構(gòu)

②測桿材質(zhì)：不銹鋼 316、鋁型材

③測桿耐壓：≤34MPa（位移）

④液位：由所選浮子承壓決定

⑤電子倉外殼：鋁合金

⑥安裝接口：螺紋連接、固定座

⑦出線方式：直出電纜線、航空插頭

⑧防護(hù)等級：IP65（可根據(jù)要求定制IP67或IP68）

三、產(chǎn)品特點(diǎn)

①內(nèi)部非接觸式測量；②性能價格比高；③多種輸出方式可供選擇；④防浪涌、防射頻干擾；⑤安裝方便；⑥高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性；⑦使用壽命長；⑧具有輸入電源反向極性保護(hù)功能；⑨結(jié)構(gòu)精巧、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；⑩隔離防爆型（可選）；?不需定期標(biāo)定和維護(hù)。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

①伺服液壓油缸活塞位置反饋或預(yù)置；②研磨機(jī)械位置反饋或預(yù)置；③木材加工定位控制；④水輪機(jī)導(dǎo)葉開度的檢測與控制；⑤紙張和塑料薄膜成型；⑥擠注模具機(jī)械；⑦吹塑；⑧工程機(jī)械；⑨金屬成型/剪切沖壓；⑩其它機(jī)械定位和位移檢測；?水壩閘門；?鑄鍛機(jī)床位移控制；?注塑機(jī)模板定位與監(jiān)測；?汽輪機(jī)氣阻閥門開度的檢測與控制；?玻璃壓制；?塑料機(jī)械改造；?氣動缸；?鋼材滾壓；?食品加工；?港口機(jī)械；21.船舶舵機(jī)伺服系統(tǒng)；22.伺服汽缸活塞位置反饋或預(yù)置。

可廣泛應(yīng)用于石油、化工、水利、制藥、食品、飲料等行業(yè)的各種液罐的液位計(jì)量和控制，航天加油系統(tǒng)、汽車加油系統(tǒng)、柴油加油系統(tǒng)及各種液壓罐、水文監(jiān)測、水處理等。

磁致伸縮位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長行程絕對位置測量的位移傳感器。它采用內(nèi)部非接觸的測量方式，由于測量用的活動磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動化工作，即使在惡劣的工業(yè)環(huán)境下(如容易受油潰、塵?；蚱渌奈廴緢龊?，也能正常工作。此外，它還能承受高溫、高壓和強(qiáng)振動，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械位移的測量、控制中。它的行程可達(dá)3米或更長，標(biāo)稱精度為0.05%F.S，行程1米以上傳感器精度可達(dá)0.02%F.S,重復(fù)性可達(dá)0.002%F.S，因此它在石油化工，航空航天、電力、水利等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

五、技術(shù)參數(shù)

①測量對象:位置、速度（絕對速度），可測量1～2個位置

②測量范圍:50mm～8000mm

③零點(diǎn)可調(diào)范圍:100%F.S

④輸出方式:電流:4～20mA,最大負(fù)載電阻600Ω；電壓:0～10VDC 0～5VDC,最低負(fù)載>5KΩ

⑤精度:分辨率:采用 16Bit D/A 轉(zhuǎn)換，0.0015%F.S（最小1μm）；非線性:<±0.015%F.S（最小±50μm）；重復(fù)精度:<±0.002%F.S（最小±3μm）

⑥遲滯:<0.002%F.S.

⑦溫度系數(shù):<0.007%F.S./℃

⑧更新時間測量范圍:<0.5ms/m

⑨供電電源:+24VDC±10%

⑩工作電流:<50mA

?工作溫度:-40～+85℃

?儲存溫度:-40～+100℃

?零點(diǎn)/跨度調(diào)整:100%有效行程（最小范圍25mm）

?分辨率:16bit,0.0015%(最小10um)

?線性度:<+0.01%滿量程(最小+50um)

?重復(fù)精度:<+0.001%滿量程(最小+2.5um)

?滯后:<4um

?刷新周期:0.5ms達(dá)到1200mm/1.0ms達(dá)到2400mm/

?紋波:2.0ms達(dá)到4800mm/5.0ms達(dá)到7600mm行程長度

?速度測量:<0.01%滿量程

21.范圍:0.025m/s至10m/s

22.誤差:<0.5%

23.分辨率:0.1mm/s

24.刷新周期:（ms）見位置測量

25.溫度系數(shù):<30ppm/0C

六、結(jié)論

在搭建的平臺上對磁致伸縮位移傳感器進(jìn)行了進(jìn)一步的誤差分析。誤差主要還是在傳感器的一些性能指標(biāo)上。磁致伸縮傳感器的主體部分及位置磁鐵開發(fā)與研制，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果理想，位置磁鐵在傳感器不同的位置都有一不同的信號反映。信號處理電路中占空比可調(diào)的脈沖激發(fā)控制信號電路部分設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)際的電路調(diào)試結(jié)果理想。脈沖激發(fā)電路用不同方案設(shè)計(jì)并綜合考慮到實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)，在ORCAD上模擬效果理想。進(jìn)一步提高精度有幾種方案。比如用DSP芯片來測量位移。40MHz的TMS320LF2407型DSP芯片，時鐘周期t=1/40M=25ns, DSP無需分頻，則位移分辨率為70μm,也可以用復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD），它具有使用靈活、可靠性高、功能強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，CPLD可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)編程，而且能重復(fù)多次，使用CPLD器件進(jìn)行開發(fā)，不僅可以提高系統(tǒng)的集成化程度、可靠性和可擴(kuò)充性，而且還可大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。磁致伸縮位移傳感器技術(shù)必將廣泛應(yīng)用于我國的各項(xiàng)工業(yè)領(lǐng)域中。