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近些年來,隨著我國科學技術的進一步發(fā)展,電子信息產業(yè)取得了長足的進步，位移傳感器的應用范圍也日益增大?；诖胖律炜s原理設計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、使用壽命長且適用于惡劣環(huán)境中等優(yōu)點而被廣泛應用于石油化工、航空航天、電力、水利等各種領域，如輪船的各種閥門控制，汽車加油系統(tǒng)，水文監(jiān)測,各種液罐的液位監(jiān)測,機械自動化等,特別是應用于航天加油系統(tǒng)中的燃油監(jiān)測,導彈和航天器的姿態(tài)控制，六自由度模擬飛行器系統(tǒng)等領域中。

長期以來，世界各國的汽車制造商們致力于對提高車身穩(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量、可調輸出、非接觸式設計等各種高性能特點所吸引,然而截止目前，磁致伸縮位移傳感器只能小批量生產決定了其較高的價格，這些高科技裝置還只是主要應用于工業(yè)自動化中，在汽車工業(yè)，尤其是在減震器中較為少見。

本文介紹了磁致伸縮位移傳感器的原理及其應用狀況,分析了汽車減震器的工作原理，在此基礎上設計出_款能夠應用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器，并運用實驗對其各項性能指標進行了測試驗證。

一、磁致伸縮位移傳感器的原理及應用狀況

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

磁致伸縮位移傳感器，是利用上文所述的磁致伸縮原理，通過兩個不同磁場相交產生一個應變脈沖信號，通過測量應變脈沖信號沿測量元件傳播到參考點的時間來測量位移的。

磁致伸縮位移傳感器主要有三個模塊組成:測量模塊、位置檢測模塊和測量電路模塊。其中測量模塊由波導管、波導絲、信號輸出端子以及前部阻尼元件組成;位置檢測模塊由鋼環(huán)及其內嵌的永磁鐵塊組成，其中鋼環(huán)的外徑可以根據(jù)實際需要進行改變；測量電路模塊由信號輸入接口、信號輸出接口、電源接口以及信號發(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量元件（波導管）內的、由特殊磁致伸縮材料制成的一根波導絲,該材料在現(xiàn)代工業(yè)界享有“黑色黃金”之稱，具有應變值高、電（磁）機械波轉換能力強等特點，能將微小的磁場變化轉變?yōu)闄C械波。當電子探頭中脈沖發(fā)生器產生的電流脈沖沿波導管內的波導絲傳播時，會在波導管外伴隨產生一個環(huán)形磁場，當該環(huán)形磁場與磁環(huán)的固有磁場相遇時，二者會發(fā)生相互作用，此時，由于磁致伸縮效應,在波導管內產生一個機械扭力波感應脈沖，這個機械扭力波感應脈沖以固定的音速傳播，并很快被電子探頭所檢測到。由于該機械扭力波在波導管內的傳播時間和磁環(huán)與電子探頭之間的距離成正比,于是通過測量發(fā)電脈沖與機械扭力波感應脈沖返回之間的時間差，就可以精確地計算出磁環(huán)所在位置啊。

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

二、汽車減震器的工作原理

汽車在行駛過程中，懸架系統(tǒng)中的彈性元件會因路面顛簸等原因而產生振動，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。

當汽車車身靠近車輪時，減震器受壓縮,活塞3向下移動,造成活塞下腔室的油壓升高，油液流經流通閥8流到活塞上面的腔室。而上腔因為有活塞桿1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壓縮閥6流回貯油缸5。當汽車車身遠離車輪時,減震器受拉伸，此時活塞3向上移動，上腔油壓隨之升高,流通閥8處于關閉狀態(tài),上腔內的油液便經伸張閥4流入下腔。由于活塞桿1的存在,下腔會產生一真空度，這時儲油缸中的油液便推開補償閥7進入下腔。在減震器壓縮和拉伸過程中,這些閥對油的節(jié)流作用便形成懸架在運動時的阻尼力。

三、磁致伸縮位移傳感器在汽車減震器中的應用開發(fā)

3.1結構設計

一般來講，傳感器與汽車減震器的組合結構可分為內置式和外置式兩種?？紤]到外置式可能會改變減震器的原始尺寸，從而影響減震器的各項性能,不利于實驗，所以本文中用在不影響減震器各項工作指標的前提下磁致伸縮位移傳感器與減震器的內置式結構。

3.2傳感器性能指標測試

為測試傳感器嵌入減震器之后的各項性能指標，特搭建了由實驗減震器、印制電路板、LCD、FDPS-50BA型電源（輸入220V,輸出土15V.5V）和精密萬用表（安捷倫34401A）組成的測試系統(tǒng)。利用搭建的系統(tǒng)對該傳感器的線性度，遲滯和重復性進行測量。

3.2.1傳感器線性度

在傳感器的有效量程范圍內每隔5mm移動一次磁環(huán)位置，連續(xù)3.2.2傳感器遲滯

將傳感器的有效量程進行20等分,對于0-20之間的每個位移值，分別進行10次測量。然后對每次測量的平均值（共21個）進行LMS擬合計算，對20—0之間的每個位移值進行同樣實驗，并計算正反方向測量的差值AH。

3.2.3傳感器重復性

根據(jù)上一步實驗所得傳感器在正反行程的測量數(shù)據(jù)，由線性度公式計算出該傳感器的重復性誤差=±0.293%FS。

四、結論

基于磁致伸縮效應的位移傳感器因其結構特點而受到各行業(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。本文設計的應用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器能夠很好的測量汽車在行駛過程中減震器的震動幅度，從而為致力于改進汽車綜合性能的汽車制造商們提供有效參考。對減震器的實驗結果證實了內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，重復性誤差為±0.293%FSo。