磁致伸缩位移传感器

原理

　　磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

测量方式

　　磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。

位移的测量

　　在这种转换过程中有许多物理量(例如压力、流量、加速度等)常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、 电感式位移传感器（见电感式传感器）、自整角机、电容式位移传感器（见电容式传感器）、电涡流式位移传感器（见电涡流式传感器）、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统（见数字式传感器）。这种传感器发展迅速，应用日益广泛(见感应同步器、码盘、光栅式传感器、磁栅式传感器)。

　　电位器式位移传感器，它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。

应用领域

     可广泛应用于石油、化工、水利、制药、食品、饮料等行业的各种液罐的液位计量和控制，航天加油系统、汽车加油系统、柴油加油系统及各种液压罐、水文监测、水处理等。

注意事项

     首先是传感器的供电情况，如果位移传感器供电电源容量不足，就会造成以下的情况：熔胶的运动会使合模电子尺的显示变换，有波动，或者合模的运动会使射胶电子尺的显示波动，造成测量误差变大。如果电磁阀的驱动电源与直线位移传感器供电电源共用的时候，更容易出现这种情况。
     其二是调频干扰和静电干扰的问题，调频干扰和静电干扰都有可能让直线位移传感器的电子尺的显示数字跳动的。所以，电子尺的信号线与设备的强电线路要分开线槽。电子尺必须强制性地接地。信号线需要使用屏蔽线，而且电箱的一段应该跟屏蔽线接地的。如果有高频干扰的时候，通常使用万用表的电压测量就会显示正常，但是显示数字就是会跳动不停的；而出现静电干扰时，出现的情况也是跟高频干扰一样的。要证明看是否是静电干扰时，只需用一段电源线把电子尺的封盖螺丝跟机器上的某一些的金属短接起来就可以了，只要一短接起来，静电干扰就会马上消除掉。但是如果要消除掉高频干扰就很难用上面的方法了，可以试下暂停高频干扰源，看显示结果会不会更好，以此来判断是不是高频干扰的问题。
     其三如果出现显示数据有规律地跳动，或者是没有显示数据，技术人员就需要检查连接线绝缘是不是出现破损的现象，并且判断是否跟机器的外壳很有规律地接触而导致的对地短路。
     其四位移传感器的对中性、平行度以及角度的具体要求问题，安装直线位移传感器的对中性需要很好，但是平行度可以允许有±0.5mm的误差，角度可以允许有±12°的误差。但是如果平行度误差和角度误差都是偏大的话，这样会出现显示数字跳动的情况。那么出现这样的情况的时候，必须要对平行度和角度进行调整了。
     就是位移传感器接线问题，直线位移传感器的三条线是不可以接错的，电源线和输出线是不可以调换的。如果上面的线接错的话，就会出现线性误差很大的情况，要控制的话是很难的，控制的精度也会变得很差，而显示很容易出现跳动的现象等等。以上五点情况都是位移传感器安装使用时需要特别注意的。

故障处理

     电压和电流输出的负载是不一样的，电压的负载时要求电阻越大越好，一般不要小于1，000Ω，太小时就相当于短路了，会损坏产品；电流的负载是要求电阻越小越好，一般不要大于1，000Ω，太大时就相当于开路了，没有电流流通。所以电流输出的负载和电压输出的负载限制是不一样的而且一定要注意：电压输出时，负载不能短路，否则会使负荷太大，烧毁电路；而电流输出时，负载不能开路，否则会使负载增加而烧毁电路。这两点一定要清楚。至于电压输出和电流输出，到了机器上最终的用途还是一样的，电压输出直接用电压信号，电流信号流过电阻，在电阻上有电压，也是取用电压信号。
     安装接线：磁致尺对电压的波动可以接受，可以使用12V～36V的电源，当然稳定的供电电源还是对产品的精度更有好处，但对静电还是要采取一些措施。除线路板内部采取了很多措施外，传输线有屏蔽线（双重屏蔽：编织网和锡包层，可以抗高、低频干扰），还有接地端子，必须保证可靠接地（抗静电干扰）。上述几项措施缺一不可。
     一般情况下，客户的产品替换下来，可能了解原来的产品是电流型还是电压型，但订了货却不知道如何安装。如：原来的电压型是五线甚至七线的，而我们的四线的（电源+、-、信号线、地线）一般棕色或红色是直流电源正极，蓝色或黑色是负极，可以用万用表的电压档位测可能的正、负极之间的电压值，如果没有把握，就可以在可能的正、负极之间接一个1000Ω的电阻，再测量电阻之间的电压值，确认正负极性后，用正极分别去短路剩下的几根线，同时看电脑显示是否出现稳定的值，如果是，再用负极去短路刚才验证的那根线，同时看电脑显示是否出现稳定的最小值，如果是，就是信号线了。这就确定了+、-、和信号线了。如果信号线非常难以确定，上述方法行不通，可能就是该传感器的电源与电脑的电源没有共地，没有共地，就没有一个基准值，该传感器的电源相对电脑电源就是浮动电压值。因此，必须将该传感器的电源负极与电脑的电源负极短接。上述问题自然解决。这很容易出现在维修设备的过程中。其它的几根线不要管，用电工胶绑起即可。
     如果是电流型输出的传感器，就不能这样实验了。因为，电流型输出负载不能开路，否则，容易过载损坏传感器。对于，三线制输出的传感器，应该先在传感器信号线与负极之间先接一个电阻1000Ω短路，以免误操作时过载。在预先弄清楚正负极的情况下，接好传感器的正负极接线，再将信号线分别与其余几根线短路，看有无稳定的显示。如有，可确定信号线的接线。然后在停电的情况下，取下原来短接的那个电阻，再接好线，然后才能送电。注意信号线一定不能开路。
     对于传输距离较长，但是电脑有需要电压输出信号，可以选用电流输出信号进行传输，到了电脑边再将电流信号转换成电压信号，方法很简单，只需要在输出与电源负极之间接入一个标准的高品质电阻就可以。
     由于磁致伸缩位移传感器的原理，从机械上讲，因为是无接触、无磨损的，所以出现故障的机会不多，除非机械损坏，磁环脱落，这从外观就容易判断。如果是装在油缸内部，磁环突然脱落，显示数值将没有变化。如果是停机好久才脱落，开机上电时好像在靠近电子仓端出现了一个磁环，即：正逻辑尺将会出现最小显示数值，负逻辑尺会出现显示数值。如果是可拆卸电子仓式的，可以简单地将电子仓取下，带电用一磁环测试即可。从电气上讲，是有出现问题的可能。公司为了避免电气出现问题，作了大量工作，如：选择功耗很小的元器件使功率消耗小，如电流消耗只有16mA，实际功率只有不到0.4W，这样就不会使元器件发热、老化和损坏；还有公司，公司通过先进的工艺客服了其它各种问题，产品经严酷的环境测试和机械测试，均符合要求。应该在一般使用条件和环境中不会出现问题。可能会出现的问题，诸如：数据传输不会运行，软件包未安装成功、接线错误、信号大小方向不对、静电干扰未有效接地、电流型输出不会接线、或原来是了两线的而我们的产品是三线制的。