带磁致伸缩位移传感器液压缸

带磁致伸缩位移传感器液压缸
作者：严金坤





       众所周知 ,电液伺服控制液压缸系统中 ,目前经常使用的直线位移传感器有电感型、电位计型、电容型、光栅式、和磁栅式等 ,它是机电控制技术领域中非常重要的一种元件 ,但位移传感器的维护和保养是十分麻烦的 ,尤其在恶劣环境下 ,传感器易受油渍、溶液、尘土或其他的污染。而带磁致伸缩位移传感器液压缸反馈装置采用特殊的结构及按装方式 ,它是用非接触测量技术监控活动磁铁和传感器并不直接接触 ,抗污染情况良好 ,并易於维护。即使在恶劣环境下也可适合应用 ,它也能承受高温、高压和高振荡的环境。带磁致伸缩位移传感器液压缸的阀块是用作连接电液伺服阀的 ,位移传感器刚性地连接于缸的无杆端 ,并在空心活塞杆内完成全行程长度 ,一个永久磁铁与缸的活塞连接。当活塞沿行程运动时 ,该传感器通过利用磁致伸缩波导管测量存在波导中应变脉冲的发出与返回的时间间隔能精确地确定活塞 (或磁铁) 的位置。

1 、带磁致伸缩位移传感器液压缸的主要问题分析

1. 1 传感器工作原理

       磁致伸缩系指一些金属 (例如铁或镍) 在磁场作用下具有伸缩能力。磁致伸缩的效果是非常细微的 ,通常铁镍合金是30ppm ,目前已研究出更加新型的物质 ,可将磁致伸缩的效果提高升至1500ppm以上。示明一个基本的敏感元件利用磁致伸缩波导管来测量移动磁铁的装置 ,它是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号 ,然后计算这个信号被探测所需的时间 ,便能计算出准确位置。两个磁场一个来自在传感器外面的活动磁铁 ,另一个则原自传感器内波导管的电流脉冲 ,电流脉冲是传感器固有电子部件所产生的。当两个磁场相交时所产生的一个应变脉冲 ,会以声速运行回电子部件的感测线圈 。从产生电流脉冲的一刻到测回应变脉冲所需的时间乘以这个固定速度 ,就能准确的算出位置的变动。实际上活动磁铁的位置变化是连续不断的 ,所以当它被移动时新的位置很快就会被感测出来。

1. 2 位置计算

       位置的计算是非常简单 ,将所测量的时差乘以一个传感器传送速度的系数。或者用除以一个传送速度倒置常数。传送速度的倒置常数或称倾斜度 ,惯例倾斜度印在传感器的标签上。由于磁铁距离传感器的电子零件越远 ,音波所需行走时间越长 ,所以传感器的更新时间与距离成正比。当然 ,循环电子所需之更新时间也较长。传感器最长更新时间可用下式作精略计算更新时间 = (位置 + 零点位置) ×倾斜度等价频率响应 = 1/ 更新时间。传感器的更新频率对电液伺服控制机构的应用非常重要。对一般伺服控制而言 500Hz 以上便已足够。

2.磁致伸缩位移传感器性能

2. 1 传感器的精度及特性

       重复性和分辨率最高可达 2μm ,非线性误差最高 0. 02 %F. S. ,迟滞误差小于 4μm。由于其重复性极高 ,一些数字配套系统可利用线性校正系统将非线性误差降至 0. 01 %F. S. 或更低。波导管是选用特别材料制成的 ,温度稳定性极佳。波导管的热度系数为 5.4ppm/ ℃或更佳。传感器的冲击 100g (单一冲击) ,振荡指标 5g/ 102150Hz。由于电子部件可探测同一询问脉冲所产生的连续磁波 ,在同一传感器上可装配多个活动磁铁 ,所以可进行多重测量。又由于传感器所需电量非常低 ,它在易爆环境中可释放的能量很小 ,低于燃烧点很多 ,内在安全性很好。

2. 2 传感器

(1) 模拟电子 :输出是比较传统的诒设计 ,但更容易安装于新旧设备上 ,无论是电压或电流信号均可在同一电路板上产生。

(2) 数字接口 :如果要求低噪音及高精度的话 ,数字接口应该是传感器的最佳选择。

 第一种是数字开始/ 停止方式即 RS422 信号。传感器由外置控制器提供激励信号 ,从而产生一个开始和一个停止信号 ,其周期与活动磁铁成正比的。第二种为脉冲宽度调制 PWM ,调制后的脉宽与磁铁位置成正比例。至于串行数字传输方面可将位置或水平信息经由一般双线系统 ,如 RS485 , SSI 或 CAN 总线等传送。

3 、结束语

       带磁致伸缩位移传感器液压缸已在注塑业、钢铁业、印刷业、锯木业、木材加工、飞行模拟台、汽车业、流体流量计、水利水电和船闸工程等好多行业中应用。随着科学技术的飞速发展、自动化程度的提高 ,这种集成化组合先进的带磁致伸缩位移传感器液压缸必然会得越来越得广泛应用 ,发展前景十分广阔。建议我国液压行业领导层予以足够重视 ,并组织力量研制开发。






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