一种磁致伸缩位移传感器及其波导丝的拉紧安装方法

摘要

一种磁致伸缩位移传感器及其波导丝的拉紧安装方法，该传感器包括位置磁环、测杆、出现接头和电子仓，测杆包括外套管端面封盖、外套管和塑料绝缘，波导管后端设于塑料绝缘套内，外套管设于塑料绝缘套外侧，外套管端面封盖设于波导管和外套管的端部，波导管包括波导丝，波导丝设于玻璃纤维管内，玻璃纤维管外侧设有高温导线，玻璃纤维管与高温导线一起置于内套管内，波导丝和高温导线固定于后端空心铆钉上，波导丝前端固定于前端空心铆钉上。本发明还包括波导丝的拉紧安装方法。本发明波导丝在波导管内一直处于张紧状态，弯曲度小，直线度高，不需要外部设备支撑卡环，对扭转应力波强度的衰减小，产品调试时间短，测量精度高，工作可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩位移传感器及其波导丝的拉紧安装方法。

背景技术

磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩原理通过两个不同磁场相交产生一个扭转应力波脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的波导丝是由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子仓内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导丝内传输，从而在波导丝外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的位置磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导丝内会产生一个扭转应力波脉冲信号，这个扭转应力波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子仓所检测到。由于这个扭转应力波脉冲信号在波导丝内的传输时间和位置磁环与电子仓之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。

波导丝是一种铁、镍、稀土等材料的合金，这种材料在磁场中被磁化时，会沿磁化方向伸长或缩短，这一现象叫做磁致伸缩现象。这一现象的产生是由于铁磁或亚铁磁材料在居里点以下发生自发磁化，形成磁畴。在每个磁畴内，晶格都沿磁化强度方向发生形变。当施加外磁场时，材料内部随机取向的磁畴发生旋转，使各磁畴的磁化方向与外加磁场方向趋于一致，物体对外显示的宏观效应即沿外磁场方向伸长或缩短。

信号检波将有用信号或波形从调制波中解调出来。

平直度是指材料表面与水平面之间的最大偏离距离，是材料与水平面相符合程度的衡量指标。

磁致伸缩位移传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触的位置磁环组成。工作时，传感器的电子仓发送一个电流激励脉冲g至波导丝回路，该脉冲会在波导管h中的波导丝d周围形成环形磁场a。该环形磁场a与位置磁环b产生的磁场c相遇时，在波导丝d上产生Widemanm效应，形成扭转应力波e(如图1所示)。扭转应力波以约2800m/s的速度从位置磁环所在的位置沿着波导丝传回至电子仓内并被检波装置f记录下来。记录下激励脉冲与检波装置接收信号的时间差，结合扭转应力波在波导丝中的传播速度，即可确定位置磁环与基准点之间的距离。磁致伸缩位移传感器广泛应用于冶金设备、风能发电、工程机械、橡胶机械、港口机械、注塑机、新能源以及其他工业自动化领域，为用户提供实时、连续、可靠、精确的直线位移测量。

磁致伸缩位移传感器的核心部件波导丝，其平直度直接影响着传感器的测量精度。为了减少运输成本和降低生产取料时造成的浪费，波导丝都是采用一整根卷成多圈的包装形式进行运输，但卷后产生的内应力使波导线存在着一定的弯曲度，从而影响了磁致伸缩位移传感器测量精度的提高。

现有技术中，波导丝固定于一塑料腔体中，再使用外部设备塑料支撑卡环将波导丝托起，保持伸展状态。其存在如下缺陷：使用支撑卡环固定的波导丝，其平直度较差；由于支撑卡环与波导丝直接接触，所以支撑卡环会吸收波导丝产生的部分扭转应力波，即衰减了应力波的强度，从而对信号检波电路的要求更高，使电路设计更复杂，软件处理的要求更高，加大了生产难度；产品处于振动环境中，支撑件与波导丝之间会存在一定频率的抖动，测量精度会降低，产品可靠性变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种有利于提高波导丝平直度，有利于减少波导丝在重力作用下产生的弯曲形变和测量精度高的基于波导丝拉紧方式的磁致伸缩位移传感器及其波导丝的拉紧安装方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁致伸缩位移传感器，包括位置磁环、测杆、出现接头和电子仓，测杆包括外套管端面封盖、外套管和塑料绝缘，波导管后端设于塑料绝缘套内，外套管设于塑料绝缘套外侧，外套管端面封盖设于波导管和外套管的端部，波导管包括波导丝，波导丝设于玻璃纤维管内，玻璃纤维管外侧设有高温导线，玻璃纤维管与高温导线一起置于内套管内，波导丝后端设有后端阻尼，后端阻尼通过后端堵头固定，波导丝和高温导线固定于后端空心铆钉上。波导丝前端设有前端阻尼，前端阻尼通过前端堵头固定，波导丝前端固定于前端空心铆钉上。 

进一步，所述波导丝前端设有前胶壳，前胶壳设于内套管外侧，前胶壳一端设有支架，支架的一端通过螺丝将支架与前胶壳连接，另一端通过前端空心铆钉把波导丝的前端焊接固定，波导丝处于内套管的正中央，在支架靠近前胶壳的位置通过镍片把波导丝连接到磁致伸缩位移传感器的电路板，支架设于前端阻尼外侧。

一种如前所述磁致伸缩位移传感器的波导丝的拉紧安装方法：波导丝后端套上玻璃纤维管后与高温导线一起放入内套管，然后依次穿过后端阻尼和后端堵头，再将波导丝和高温线焊接在后端空心铆钉上；波导丝前端依次穿过前胶壳、支架、前端阻尼、前端堵头，再将内套管进行固定，然后在波导丝前端悬吊砝码，使波导丝在内套管中处于拉紧状态，最后将波导丝焊接在前端空心铆钉上。

进一步，所述砝码的重量优选为1.5kg。

经过实验测试得知，当砝码的重量小于1.5kg时，砝码产生的拉力过小，无法达到把直波导丝拉直的效果；当砝码的重量大于1.5kg，砝码产生的拉力过大，导致直波导丝在后续制作工艺中易断。

本发明采用拉紧安装方式固定波导丝，波导丝在波导管内一直处于张紧状态，有利于减小波导丝的弯曲度，消除波导丝的弯曲形变，提高波导丝的直线度，保持波导丝平直。本发明选用1.5kg的砝码对波导丝进行拉紧安装。本发明中，波导丝处于波导管的正中间且不需要外部设备支撑卡环，有利于减少产品结构件对扭转应力波强度的衰减，从而减小了对信号检波电路的要求，使电路设计更简单，这样，既减少了材料成本，也缩短了产品调试时间，提高了产品的测量精度和工作可靠性。

附图说明

图1为磁致伸缩位移传感器工作原理示意图；

图2为本发明一实施例磁致伸缩位移传感器整体结构示意图；

图3为图2所示实施例磁致伸缩位移传感器剖面结构示意图；

图4为图2所示实施例磁致伸缩位移传感器的测杆剖面结构示意图；

图5为图2所示实施例磁致伸缩位移传感器的波导管剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

一种磁致伸缩位移传感器，包括位置磁环1、测杆2、电子仓3和出现接头4（参见图2、图3），测杆2包括外套管端面封盖2-1、外套管2-2和塑料绝缘套2-3（参见图4），波导管2-4后端设于塑料绝缘套2-3内，外套管2-2设于塑料绝缘套2-3外侧，外套管端面封盖2-1设于波导管2-4和外套管2-2的端部，波导管2-4包括波导丝2-41，波导丝2-41设于玻璃纤维管2-45内，玻璃纤维管2-45外侧设有高温导线2-46，玻璃纤维管2-45与高温导线2-46一起置于内套管2-47内，波导丝2-41后端设有后端阻尼2-44，后端阻尼2-44通过后端堵头2-43固定，波导丝2-41和高温导线2-46焊接于后端空心铆钉2-43上（焊接点如图4中A所示）。波导丝2-41前端设有前端阻尼2-48，前端阻尼2-48通过前端堵头2-49固定，波导丝2-41前端固定于前端空心铆钉2-410上（焊接点如图4中B所示）。 

所述波导丝2-41前端设有前胶壳2-411，前胶壳2-411设于内套管2-47外侧，前胶壳2-411一端设有支架2-412，支架2-412的一端通过螺丝将支架与前胶壳2-411连接，另一端通过前端空心铆钉2-410把波导丝2-41的前端焊接固定，使波导丝2-41处于内套管2-47的正中央，并在支架2-412靠近前胶壳2-411的位置通过镍片把波导丝2-41连接到磁致伸缩位移传感器的电路板，支架2-412设于前端阻尼2-48外侧。

一种如前所述磁致伸缩位移传感器的波导丝的拉紧安装方法：波导丝2-41后端套上玻璃纤维管2-45后与高温导线2-46一起放入内套管2-47，然后依次穿过后端阻尼2-44和后端堵头2-43，再将波导丝2-41和高温线2-46焊接在后端空心铆钉2-42上；波导丝2-41前端依次穿过前胶壳2-411、支架2-412、前端阻尼2-48、前端堵头2-49，再将内套管2-47进行固定，然后在波导丝2-41前端悬吊砝码，使波导丝2-41在内套管2-47中处于拉紧状态，最后将波导丝2-41焊接在前端空心铆钉2-410上。

所述砝码的重量为1.5kg。经过实验测试得知，当砝码的重量小于1.5kg时，砝码产生的拉力过小，无法达到把波导丝拉直的效果；当砝码的重量大于1.5kg，砝码产生的拉力过大，导致直波导丝在后续制作工艺中易断。