第 27 卷 第 9 期
2014 年 9 月
传 感 技 术 学 报
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Vol 27 No 9
Sept. 2014
收稿日期:201
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30 修改日期:2014
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An Optimization Design Method of Magnetostrictive Displacement Sensor
LI CongshanꎬJIANG Yinping
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(School of Electrical Engineering and AutomationꎬTianjin UniversityꎬTianjin 300072ꎬChina)
Abstract:The measurement principle of magnetostriction linear displacement sensor is introducedꎬon the key circuit
of the sensor is optimized. In the design of excitation pulse generatorꎬthis paper proposes a low ̄costꎬlow ̄power and
pulse quality implementation scheme. In the design of the echo signal pick ̄up deviceꎬanalyzes the factors that affect
pick up the signalꎬfurther identified the key parameters. In the design of timing deviceꎬthis paper proposes a simple
and at the same time meet the accuracy requirement of timing plan. The optimized sensors have good static charac ̄
teristics and the advantages of low costꎬlow power consumption and multi ̄interface and so on.
Key words:magnetostrictiveꎻdisplacement sensorꎻpulsed excitationꎻdetection coil
EEACC:7320W doi:10.3969 / j.issn.1004
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1699.2014.09.010
一种磁致伸缩位移传感器的优化设计方法
李丛珊ꎬ姜印平
∗
(天津大学电气与自动化工程学院ꎬ天津 300072)
摘 要:
介绍了磁致伸缩直线位移传感器的测量原理ꎬ对传感器中的关键电路进行了优化ꎮ 在激励脉冲发生装置的设计中ꎬ
提出了一种低成本、低功耗且兼顾脉冲质量的实现方案ꎮ 在回波信号拾取装置的设计中ꎬ确定了其中关键参数ꎮ 在计时装置
的设计中ꎬ提出了一种简单同时满足精度要求的计时方案ꎮ 经过优化的传感器具有很好的静态特性ꎬ且具有低成本、低功耗、
多接口等优点ꎮ
关键词:
磁致伸缩ꎻ位移传感器ꎻ激励脉冲ꎻ检测线圈
中图分类号:TP212.1 文献标识码:A 文章编号:1004
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1699(2014)09
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磁致伸缩直线位移传感器是利用磁致伸缩材料
的磁致伸缩效应及其逆效应实现位移测量的一种非
接触式绝对位移传感器ꎮ 它有非接触、精度高、重复
性好、稳定性可靠、环境适应能力强、成本适中等众多
优点ꎬ被广泛应用于石油、化工、水利、航空等行业的
各种罐储的液位测量系统中ꎮ 国外量程高达18 m的
磁致伸缩液位传感器准确度可达到 0.025% FS 或
0.508 mmꎬ并且可以同时测量液位、界面和温度等多
个参数ꎬ形成了系列化产品
[1]
ꎮ 我国在磁致伸缩位移
传感器的研究方面与西方国家还有较大差距ꎬ但也正
在进行积极的探索ꎬ并取得了一定进展
[2]
ꎮ 本文对磁
致伸缩位移传感器的关键电路进行了优化设计ꎬ并对
优化后传感器的性能进行了分析ꎮ
1 磁致伸缩位移传感器测量原理
图 1 是磁致伸缩位移传感器的测量原理图ꎮ
图 1 磁致伸缩位移传感器测量原理示意图
在磁致伸缩液位传感器波导丝的一端施加一个
激励脉冲ꎬ脉冲沿波导丝向前传播时ꎬ有一个环形磁
场 H 伴随着激励脉冲以光速向前传播ꎮ 当环形磁
场遇到浮子中的永磁体产生的纵向磁场时ꎬ将会使
波导丝发生扭变并产生扭转波
[3]
ꎮ 该扭转波以恒
定的速率沿着波导丝向两端传播ꎬ继续向前传播的
扭转波被波导丝一端的阻尼原件吸收ꎬ向回传播的
扭转波会传到接受带材上
[4]
ꎮ 根据磁致伸缩逆效
应ꎬ缠绕带材的接受线圈中的磁通量会发生变化ꎬ从