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磁致位移傳感器的工作原理及優化其測量精度的各項分析及措施

來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2019-12-11 11:29

  磁致位移傳感器的工作原理及優化其測量精度的各項分析及措施,包括波導絲、溫度、時間間隔、干擾等對磁致位移傳感器測量精度的影響。
1、波導絲對精度的影響及改進措施
磁致伸縮液位傳感器是基于維拉里效應和威德曼效應原理來工作的,扭轉波接收薄帶和磁致伸縮波導絲作為其 2 個重要的元件,均采用磁致伸縮材料制成,因此磁致伸縮材料的設計和選材是傳感器的基礎和關鍵部分。波導絲材料對測量精度影響主要表現在:
(1)材料成分:由前述可知,磁致伸縮材料主要分為鐵氧體磁致伸縮材料、金屬磁致伸縮材料和稀土鐵磁致伸縮材料 3 大類。其中不同材料的磁致伸縮系數差別很大,如稀土超磁致伸縮材料的飽和磁致伸縮系數高達 1 000×10-6,而金屬磁致伸縮材料其飽和磁致伸縮系數較低,僅有 20×10-6~100×10-6。
(2)波導絲加工工藝:波導絲表面加工工藝精密程度也影響到測量精度,例如波導絲表面有凹陷、凸起以及局部彎曲等不連續性表現,這些不連續性(或不均勻)表現會引起超聲波干涉、反射等現象,波導絲的不連續性直接導致了信號檢測的不確定性,即波導絲在不同位置上時檢測信號的幅值大小各不相同,有時甚至檢測不到信號。
(3)波導絲安裝:波導絲的安裝方式有差動線圈檢測、線圈直接檢測、扭轉片檢測等方式,不同的檢測裝置接收到信號強度一般明顯不同,比如線圈直接檢測方式接收到回波信號強度不如差動檢測方式,這些都會影響到傳感器測量精度。要減小波導絲對測量精度的影響,首先在選材上應盡可能選擇飽和磁致伸縮系數大的金屬或合金等作為波導絲的材料,這樣不僅可以增加接收到的回波信號幅度,而且還能增強系統的抗干擾能力。其次是改善波導絲表面工藝,使缺陷盡可能的少。最后選用扭轉片檢測、差動線圈檢測或者更好的波導絲安裝方法。
2、溫度對精度的影響及改進措施
一方面,溫度的變化影響扭轉波傳播速度和飽和磁致伸縮系數,這些參數的變化將產生測量誤差。例如超磁致伸縮材料 Tb27Dy73Fe2。在一定的預壓力下,隨著溫度由低溫上升到室溫(20 ℃),磁致伸縮系數隨之上升較快。另一方面,溫度變化對回波速度產生影響,原因在于扭轉波在磁致伸縮波導線中的傳播速度v是關于波導絲密度、應力、材質、溫度等多個物理量的函數,并且磁性材料的所有磁性參數都與溫度有密切關系,特別是對物理結構敏感的參數隨溫度變化更加顯著,所以扭轉波在波導絲上的傳播速度并不是恒定的,而是相應變化的。改進措施之一是降低波導絲材料對溫度的敏感性,在材料中加入其他稀有元素,如用 Al、Be 或 Si 替代 Fe,會降低材料對溫度的敏感度;改進措施之二是進行軟件校正,通過軟件編程對測量值進行修正,減小誤差。

3、 時間間隔測量對精度的影響及改進措施
考慮到時間測量精度直接關系到距離計算結果,所以測量精度便取決于我們究竟能把飛行時間分得多細,時間分辨率越高,測量精度也就越高。采用由計數器與高頻晶振構成的時間量檢測電路可以達到很高的分辨率,但是前提要求高頻晶振頻率非常穩定,計數器的晶振頻率決定了傳感器的測量的分辨力,計數頻率越高,單個計數脈沖所表示的時間量就越小,分辨力也就越高,但晶振頻率發生漂移時就會引起相應的測量誤差。改進措施是改進測量方法或盡可能選用高分辨率的時間測量器件。
4、干擾對系統的影響
所謂干擾,一般是指有用信號以外的其他噪聲,它在信號輸入、傳輸和輸出過程中會出現一些有害的電氣變化現象。這些電氣變化現象迫使信號的指示值、傳輸值或輸出值出現不可預料誤差,甚至出現假象。干擾對電路的影響很大,輕則降低信號的通訊傳輸質量,影響系統信號傳輸的穩定性;重則破壞電路運行的正常功能,甚至造成電路之間邏輯關系混亂,電路邏輯控制失靈的嚴重現象。

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