力磁耦合磁彈性波位移傳感器的研究.pdf

1、力磁耦合磁彈性波位移傳感器是根據(jù)力磁耦合產(chǎn)生的磁彈性波在磁致伸縮材料中傳播的延時(shí)效應(yīng)來(lái)完成位移檢測(cè)的一種非接觸式傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)包括精度高、重復(fù)性能好、穩(wěn)定可靠、非接觸測(cè)量、維護(hù)及使用方便、價(jià)格低廉和可工作于惡劣環(huán)境等，因而被廣泛地應(yīng)用于冶金、水利、石油、航空和自動(dòng)化工業(yè)等領(lǐng)域的各種位移控制系統(tǒng)中，它具有很好的應(yīng)用價(jià)值和前景。
　　本文對(duì)傳統(tǒng)的位移傳感器和力磁耦合磁彈性波位移傳感器做了比較分析，介紹了常用位移測(cè)量?jī)x器的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述

2、了磁致伸縮效應(yīng)的相關(guān)基本理論，著重分析了磁致伸縮效應(yīng)和力磁耦合磁彈性波的產(chǎn)生及其檢測(cè)方式，并根據(jù)相關(guān)理論，給出了力磁耦合磁彈性波位移傳感器的測(cè)量原理及傳感器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　由于鐵鎳合金材料的磁致伸縮系數(shù)大，電磁特性優(yōu)異，通過(guò)在磁伸材料兩端施加電流脈沖信號(hào)，其產(chǎn)生的環(huán)形磁場(chǎng)與永磁產(chǎn)生的恒磁耦合產(chǎn)生磁彈性波，激勵(lì)電流與反射彈性波在檢測(cè)線圈中產(chǎn)生兩脈沖信號(hào)，其時(shí)差與永磁位移成一定的比例關(guān)系。設(shè)計(jì)了激勵(lì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生和感應(yīng)線圈檢測(cè)磁彈

3、性波信號(hào)調(diào)理電路，將反映位移的兩脈沖信號(hào)時(shí)差轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了用時(shí)差和模擬電壓反映位移量的兩種輸出形式，其中激勵(lì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生電路包括矩形波信號(hào)產(chǎn)生、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和功率驅(qū)動(dòng)放大電路;感應(yīng)線圈檢測(cè)磁彈性波信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)放大濾波路、電壓滯回比較電路和PWM電路，并通過(guò)單片機(jī)外圍電路實(shí)現(xiàn)待測(cè)量的實(shí)時(shí)顯示。
　　最后，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，影響磁彈性波信號(hào)幅值的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析，即激勵(lì)脈沖信號(hào)的脈寬和檢測(cè)線圈匝數(shù)對(duì)磁彈性

4、波幅值的影響，并給出了磁彈性波信號(hào)幅值最大時(shí)的相關(guān)最優(yōu)參數(shù)。在傳感器性能標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，對(duì)數(shù)字式和模擬式力磁耦合磁彈性波位移傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)分別進(jìn)行相關(guān)分析。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)激勵(lì)信號(hào)脈寬為8μs、其功放幅值10.3V和檢測(cè)線圈匝數(shù)為1200匝時(shí)，感應(yīng)的磁彈性波信號(hào)幅值達(dá)至8.2V。模擬式位移傳感器的線性度為0.460％，重復(fù)性為0.020％，遲滯性為0.574％，數(shù)字式位移傳感器的線性度為0.669％，重復(fù)性為0.637％，