磁致伸缩位移传感器相关知识

磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术准确地检测活动磁环的位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

一、工作原理

当铁磁性材料（例如铁、镍、钴）受到外部磁场的作用时，材料内部的磁畴会对齐，从而产生内部应力，从而导致材料的形状或尺寸发生变化。这种现象称为磁致伸缩。相反，当磁致伸缩材料承受应力时，其磁性能将发生变化，这被称为比利亚里效应（Villari Effect）。当导线受到平行于其长度方向的磁场的作用，并且电流流过导线时，导线会在产生磁场的位置经历扭转应变，这被称为维德曼效应（Wiedemann Effect）。比利亚里效应和维德曼效应构成磁致伸缩位移传感器的基础。

在磁致伸缩传感器中，导线或棒称为波导。它通常由铁合金制成，并安装到机器的固定部件上。磁场由一个称为位置磁体的磁体提供，该磁体附着在被测运动部件上。短电流脉冲（1-3μs）施加到与波导相连的导体上。

磁致伸缩传感器的基本组件包括波导，位置磁体和应变脉冲转换器。

在维德曼效应状态下，由于电流引起的磁场与位置磁铁引起的磁场的相互作用，在波导中产生了扭转应变（扭转）。由于电流是作为脉冲施加的（称为询问脉冲），因此捻线以超声波的形式沿导线向下传播，移动速度约为2850m/s。这种扭曲或机械脉冲由信号转换器（也称为应变脉冲转换器）检测到，该信号转换器依靠比利亚里效应来产生指示机械应变波接收的电压脉冲。

当施加电流脉冲时，由电流和位置磁体产生的磁场相互作用，并在波导中引起扭转偏转。当电流关闭时，应变松弛，并且机械波开始传播。波在两个方向上传播。在一个方向上，它由信号（脉冲）转换器检测到。在另一个方向上，通过减震装置将其消除以避免干扰。

从初始电流脉冲到检测到机械脉冲之间的时间表明了位置磁体的位置，因此就表明了被测运动部件的位置。询问速率或更新速率的范围可以从每秒一次到每秒超过4000次，大更新速率由波导的长度确定。

磁致伸缩传感器提供位置信息，并且与增量编码器不同，断电时无需重新定位。他们还可以将多个位置磁体与一个波导一起使用，从而使其非常适合于需要沿着同一轴的多个组件（例如纵切机上的刀具）的位置信息的应用。

除了非接触式之外，磁致伸缩设计还将波导包裹在挤压的铝制外壳或不锈钢管中，因此它们几乎不受污染。当位置磁铁和波导之间有障碍物时，只要障碍物是非磁性的，例如陶瓷，塑料，铝或不锈钢，它们也可以工作。

二、优势特点

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。 它采用内部非接触的测量方式，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， 便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下(如容易受油溃、尘埃或其他的污染场合)，也能正常工作。磁致伸缩位移传感器适用于高温、高压和强振荡等恶劣的工况，其输出很好地解决了断电归零问题，由于敏感元件都是非接触式、无磨损运行，平均无故障时间长达23年。

三、应用范围

由于磁致伸缩位移传感器能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。它的行程可达3米或更长，标称精度为百分之0.05 F·S，行程1米以上传感器精度可达0.02百分之 F，S，重复性可达百分之0.002 F·S.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。

在非标自动化行业有一个比较好的应用，就是应用在位置平衡臂上来测量平衡臂的位置伸缩，可以标定打螺钉的位置，从而实现打螺钉的顺序控制和数据追溯。