[发明专利]一种大量程的磁致伸缩位移传感器装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种位移传感器，特别是涉及一种大量程的磁致伸缩位移传感器。

 

背景技术

磁致伸缩位移传感器是一种新型的非接触式绝对位移检测装置，其基本原理是通过测量磁致伸缩波导丝中脉冲机械波传播的时间，结合传播的速度，实现对脉冲机械波产生的位置与磁致伸缩检波模块之间的位移测量。根据磁致伸缩魏德曼效应，当波导丝两端加载有大电流激励脉冲时，其在附近的永磁体正对处会产生瞬时应变形成脉冲机械波。因此，可以实现在沿波导丝方向上对永磁体的绝对位移测量。

在实际测量应用中，磁致伸缩波导丝被安装在坚固的非导磁金属保护杆内，游标磁体被安装在待测目标上，整个测量过程中， 保护杆与永磁体始终无接触。由于上述特点，磁致伸缩位移传感器可以应用在极端恶劣的工业现场，而不受油污、尘埃、溶液的影响。同时，特有的非接触测量方式使得其不会出现磨损以及由此造成的精度降低等问题。目前，磁致伸缩位移传感器被广泛应用于冶金、石化、航空、汽车、数控机床、港口机械、工程机械等众多领域。

但由于脉冲机械波在波导丝中传播时存在衰减的问题，磁致伸缩位移传感器的测量范围受到了一定限制。尽管采用程控放大等补偿方法可以一定程度上解决因衰减导致的信号幅值变小的问题，但这并没有解决因衰减而使得原始信号信噪比较低的问题。因此，随着量程的增加，测量信号的信噪比会逐步下降，传感器的测量精度也随之降低。当信噪比低到某个阈值时，检波模块无法从含噪信号中提取脉冲信号，此时传感器无法正常工作。目前，可商用的磁致伸缩位移传感器的测量范围一般在15到20米左右，无法满足一些长量程的应用。比如大型泵车的悬臂伸出距离检测、大型厂房中行车的位置检测以及石油储备库的液位检测等。

 

发明内容

为了解决提高磁致伸缩位移传感器的测量范围这一技术问题，本发明提出了一种大量程的磁致伸缩位移传感器装置。通过装置两端分别安装检波模块，使得游标磁体处产生的脉冲机械波能够被就近的检波模块所检测到，从而将检波时脉冲机械波传播的最大距离减少一半。因此，在传感器的两端安装两个检波模块，可以将传感器的测量范围增加一倍。

本发明的具体技术方案如下：

本发明为一种大量程的磁致伸缩位移传感器装置，所述装置包括：激励模块、检波模块、信号放大模块、信号整形模块、中央控制模块、计数模块、游标磁体、外部电气接口。所述装置还包括长度为5到41米的波导丝，所述波导丝安装在保护外壳内；所述检波模块分为第一检波模块和第二检波模块，分别位于波导丝的首端和末端，所述信号放大模块分为第一信号放大模块和第二信号放大模块，所述信号整形模块分为第一信号整形模块和第二信号整形模块，所述计数模块分为第一计数模块和第二技术模块，且上述模块组成两组结构相同的独立信号链路，信号链路连接方式为“第一检波模块→第一信号放大模块→第一信号整形模块→第一计数模块”和“第二检波模块→第二信号放大模块→第二信号整形模块→第二计数模块”；所述中央控制模块分别与计数模块、外部电气接口双向通信，所述中央控制模块向激励模块单向通信，所述激励模块向波导丝单向驱动。

进一步地，所述大量程的磁致伸缩位移传感器装置的保护外壳为直线型或者软管，所述保护外壳的材质为铝或者不锈钢。所述中央控制模块是PLD、或CPLD、或FPGA、或单片机、或基于ARM的处理器、或基于PowerPC的处理器、或基于MIPS的处理器。所述激励模块内包括大功率晶体管或者场效应管、和高压大电容。信号放大模块包括前置级的仪表放大器、带通滤波器和后置级低噪声运算放大器。信号整形模块包括比较器和单稳态。外部电气接口形式为：模拟输出时，为4-20mA、0-20mA电流直流输出，或者是0-10V、0-5V、-10-10V电压直流输出；数字输出时，为SSI、Strat/Stop、PROFIBUS-DP、CANopen总线，或者为串行同步接口数字输出。

所述大量程磁致伸缩位移传感器装置的的测量过程包括如下步骤：

步骤一：中央控制模块通知激励模块发出周期性的激励信号，并且与此同时中央控制模块分别向第一计数模块和第二技术模块发出信号，开启计数功能；

步骤二：激励模块发出的激励脉冲信号在波导丝圆周方向产生瞬时磁场；

步骤三：步骤二所述磁场与游标磁体的偏置磁场叠加，并在波导丝上形成魏德曼效应，产生瞬变的脉冲机械波，所述脉冲机械波沿波导丝向波导丝的首端和末端传播；