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磁致位移传感器的工作原理及优化其测量精度的各项分析及措施

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2019-08-16 08:58

  磁致位移传感器的工作原理及优化其测量精度的各项分析及措施,包括波导丝、温度、时间间隔、干扰等对磁致位移传感器测量精度的影响。
1、波导丝对精度的影响及改进措施
磁致伸缩液位传感器是基于维拉里效应和威德曼效应原理来工作的,扭转波接收薄带和磁致伸缩波导丝作为其 2 个重要的敏感元件,均采用磁致伸缩材料制成,因此磁致伸缩材料的设计和选材是传感器的基础和关键部分。波导丝材料对测量精度影响主要表现在:
(1)材料成分:由前述可知,磁致伸缩材料主要分为铁氧体磁致伸缩材料、金属磁致伸缩材料和稀土铁磁致伸缩材料 3 大类。其中不同材料的磁致伸缩系数差别很大,如稀土超磁致伸缩材料的饱和磁致伸缩系数高达 1 000×10-6,而金属磁致伸缩材料其饱和磁致伸缩系数较低,仅有 20×10-6~100×10-6。
(2)波导丝加工工艺:波导丝表面加工工艺精密程度也影响到测量精度,例如波导丝表面有凹陷、凸起以及局部弯曲等不连续性表现,这些不连续性(或不均匀)表现会引起超声波干涉、反射等现象,波导丝的不连续性直接导致了信号检测的不确定性,即波导丝在不同位置上时检测信号的幅值大小各不相同,有时甚至检测不到信号。
(3)波导丝安装:波导丝的安装方式有差动线圈检测、线圈直接检测、扭转片检测等方式,不同的检测装置接收到信号强度一般明显不同,比如线圈直接检测方式接收到回波信号强度不如差动检测方式,这些都会影响到传感器测量精度。要减小波导丝对测量精度的影响,首先在选材上应尽可能选择饱和磁致伸缩系数大的金属或合金等作为波导丝的材料,这样不仅可以增加接收到的回波信号幅度,而且还能增强系统的抗干扰能力。其次是改善波导丝表面工艺,使缺陷尽可能的少。最后选用扭转片检测、差动线圈检测或者更好的波导丝安装方法。
2、温度对精度的影响及改进措施
一方面,温度的变化影响扭转波传播速度和饱和磁致伸缩系数,这些参数的变化将产生测量误差。例如超磁致伸缩材料 Tb27Dy73Fe2。在一定的预压力下,随着温度由低温上升到室温(20 ℃),磁致伸缩系数随之上升较快。另一方面,温度变化对回波速度产生影响,原因在于扭转波在磁致伸缩波导线中的传播速度v是关于波导丝密度、应力、材质、温度等多个物理量的函数,并且磁性材料的所有磁性参数都与温度有密切关系,特别是对物理结构敏感的参数随温度变化更加显著,所以扭转波在波导丝上的传播速度并不是恒定的,而是相应变化的。改进措施之一是降低波导丝材料对温度的敏感性,在材料中加入其他稀有元素,如用 Al、Be 或 Si 替代 Fe,会降低材料对温度的敏感度;改进措施之二是进行软件校正,通过软件编程对测量值进行修正,最大程度地减小误差。

3、 时间间隔测量对精度的影响及改进措施
考虑到时间测量精度直接关系到距离计算结果,所以测量精度便取决于我们究竟能把飞行时间分得多细,时间分辨率越高,测量精度也就越高。采用由计数器与高频晶振构成的时间量检测电路可以达到很高的分辨率,但是前提要求高频晶振频率必须非常稳定,计数器的晶振频率决定了传感器的测量的分辨力,计数频率越高,单个计数脉冲所表示的时间量就越小,分辨力也就越高,但晶振频率发生漂移时就会引起相应的测量误差。改进措施是改进测量方法或尽可能选用高分辨率的时间测量器件。
4、干扰对系统的影响
所谓干扰,一般是指有用信号以外的其他噪声,它在信号输入、传输和输出过程中会出现一些有害的电气变化现象。这些电气变化现象迫使信号的指示值、传输值或输出值出现不可预料误差,甚至出现假象。干扰对电路的影响很大,轻则降低信号的通讯传输质量,影响系统信号传输的稳定性;重则破坏电路运行的正常功能,甚至造成电路之间逻辑关系混乱,电路逻辑控制失灵的严重现象。

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