阐述了基于铁镍合金材料的磁致伸缩效应的位移传感器的工作原理,通过在磁伸材料两端施加电流脉冲信号,产生的纵向环形磁场与永磁产生的恒磁耦合产生磁弹性波,激励电流与反射弹性波在检测线圈中产生两脉冲信号,其时差与永磁位移呈线性关系。设计了脉冲激励电流发生和检测线圈感应信号处理电路,将反映位移的两脉冲信号时差转换成脉宽调制(PWM)信号,从而实现了用时差和模拟电压反映位移量的两种输出形式。通过对量程84 cm的铁镍合金材料实验,结果表明:当激励脉冲信号脉宽为10μs,功放幅值为10.3 V,检测线圈匝数为600匝时,时差和模拟电压测量位移量的线性度分别为0.165%FS和0.175%FS。 进而引起其周围磁场改变。图2所示为弹性波拾取装置，线圈直接缠绕到波导丝的一端，偏置磁铁用于整形检测线圈感应的激励脉冲信号。当磁伸材料周围磁场变化时，三层架构-电动液压滚圆机滚弧机价格低数控滚圆机滚弧机多少钱反映待测位置处磁感应强度B、本文有张家港市泰宇机械有限公司全自动滚圆机采集网络整理 http://www.gunyuanji.com  感生磁场强度M和介质磁场强度H之间关系B=μ0(M+H)，(1)式中μ0为真空磁导率。根据法拉第电磁感应定律，检测线圈两端产生感应电动势E，实现机械能转换为电磁能，其大小如式(7)所示［8］E=－NSdBdt，(2)式中N为检测线圈匝数，S为线圈等效横截面积，m2。2磁致伸缩位移传感器测量原理图3是传感器的工作原理示意图，当激励信号模块产生的脉冲电流Ip施加于磁伸材料波导丝时，脉冲沿磁伸材图2弹性波信号拾取装置F料向前传播，根据电磁理论，其周围产生周向环形磁场Φa，该磁场与游标磁环产生的纵向磁场Φb耦合得到瞬间扭转磁场Φc，由于磁致伸缩效应，导致合成磁场处的磁致伸缩线内部磁畴发生瞬间形变，在波导丝表面形成力磁耦合磁弹性波，并沿轴向以声速v向波导丝两端传播，传向末端的磁弹性波被阻尼器件吸收，传向激励端的信号则被检波装置接收［9］。磁场耦合力磁耦合磁弹性波输出信号放大信号Ipvv末端阻尼游标磁环铁镍合金磁铁滑杆激励脉冲激励回路检测线圈椎a椎c椎b图3磁致伸缩位移传感器工作原理示意图感应线圈感应产生的输出信号通过检测信号调理电路，得到正比于测量位移的PWM信号。图4是时间差测量示意图，设磁弹性波的传播速度为v，通过计算磁弹性波从发生位置至测量基点间的时间t得出待测位移量，故磁铁至感应线圈间的由于单稳态电路输出的窄脉冲信号带负载能力弱，不足以直接驱动波导丝产生磁弹性波。本文实验设计了由TDA1514构成的窄脉冲功率驱动放大电路，图6中a曲线所示为脉冲功率放大信号，从图中可知，输出的窄脉冲信号幅值达10．3V，实验所用铁镍合金直流电阻器为2．43Ω，将激励脉冲信号加载到波导丝材料，其脉冲电流幅值高达4．24A，满足实验激励要求。3．2传感器输出信号电路设计由于检测线圈的感应信号十分微弱，仅有几毫伏，且频率较高，还有杂波干扰，故必须将其进行滤波、放大等处理，图7中a曲线是感应信号滤波放大波形图，图中前两个信号分别为感应到的激励信号和磁弹性波信号，第三个信号-2002040时间/滋s-100幅值/V1图7感应信号放大、电压比较、PWM电路信号输出波形是由磁弹性波信号传至传感器末端反射而形成的，故通过电压滞回比较电路得到三个脉冲信号(图7中b曲线所示)。考虑到末端反射波脉冲信号对后续时间测量的影响，设计了PWM电路(图8所示)，采用CD4013构成D触发器，通过捕捉参考脉冲信号和比较电路的磁弹性波信号的脉冲上升沿而产生PWM信号(图7中c曲线所示)，为了使参考脉冲信号与感应信号相位一致，本实验选用单稳态触发信号作为参考脉冲信号，且需调节合适的脉宽，使其大于感应信号激励波的脉宽，这样通过硬件电路有效地消除了末端反射波造成的影响，提高信号质量，触发信号的响应快，方便后续处理。图8电压比较与PWM电路传感器性能测试与分析三层架构-电动液压滚圆机滚弧机价格低数控滚圆机滚弧机多少钱本文有张家港市泰宇机械有限公司全自动滚圆机采集网络整理 http://www.gunyuanji.com