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磁致伸缩位移传感器分离式结构设计

  由于磁致伸缩位移传感器置于高温,其工作环境相当恶劣,处于高温环境周围,同时由于尺寸限制的因素,所以磁致伸缩位移传感器必须采用分离式结构,即探头与变送器分离。

  电路设计

  磁致伸缩位移传感器在研制过程中,设计了两种方案:

  方案一、探头接受线圈加前置运放,电路框图见图1所示。

磁致伸缩位移传感器方案一电路
磁致伸缩位移传感器方案一电路

  方案二、探头只有接受线圈,电路框图见图2所示。

磁致伸缩位移传感器方案二电路
磁致伸缩位移传感器方案二电路

  温度补偿设计

  由于波速计算公式为VG= ,在温度变化 0~300℃过程中,由于材料的热弹性系数的存在,导致剪切模量 G 变小,从而影响超声波在波导丝上的传播速度,进一步影响时间变化,导致位移误差。Fe Ni 合金中超声波波速与温度的关系,其曲线如图3所示。

FeNi 合金中超声波波速与温度的关系
FeNi 合金中超声波波速与温度的关系

  本项目采用多磁铁法,其信号图如图4所示。

磁致伸缩位移传感器多磁铁补偿法信号
磁致伸缩位移传感器多磁铁补偿法信号

  弹性波信号 1 由被固定在磁致伸缩位移传感器前端的基准磁铁产生的信号,弹性波信号 2 是检测位移通过移动磁铁产生的信号。由于基准磁铁离电子部件是距离 L1 是固定的,可以作为校正依据,则有:

  L2=L1×T2/T1

  这可以从理论上消除温度对应变波传播速度的影响。