CN105157552A - 一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法及应用，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端均依次平行排列多个永久磁铁平面，与原永久磁铁平面相邻的新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反，且相邻的两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场方向相反。该方法用于增强回波信号的强度以及改善回波波形的质量。本发明方法利用多磁平面的磁铁组合阵列的磁环，可大幅提高磁致伸缩位移传感器内波导丝激励回波的强度，有利于提升该类型传感器的测量范围、可靠性和性价比。

Description

一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法及应用

技术领域

本发明涉及工业测量技术领域，具体是一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法及应用，用于各行业所需的位移和液位参数的测量，涉及行业化工、石油、煤炭、食品、电力、通信、军工、航天等领域。

背景技术

在工业测量技术领域，由于各种工况的需求，用于测量位移和液位的技术原理和方法有很多。其中，采用磁致伸缩原理的传感器可以实现：高精度、高可靠、单机多点位、大量程的特点。在原有产品设计的基础上，本发明提供了一种方法，利用多组磁钢组合阵列的磁环，可大幅提高回波振幅的强度，以增加了回波的传输距离，降低了回波的检测难度。从而有利于提升该类型传感器的测量范围、可靠性、性价比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法及应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

磁致伸缩位移传感器是一种高精度的位移和液位测量技术，它利用磁致伸缩原理，在波导丝的磁环位置处产生机械扭力震动波，简称回波。

磁致伸缩原理，是指铁磁材料和亚铁磁材料在磁化状态改变的情况下，其长度和体积也会发生微小的变化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端均依次平行排列多个永久磁铁平面，与原永久磁铁平面相邻的新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反，且相邻的两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场方向相反，新增平面距离原磁铁平面的长度以及相邻的两个新增平面距离长度均为λ/2，λ为波导丝上机械波传播的波长。

作为本发明进一步的方案：在平行于原永久磁铁平面的前端和后端，各排列一个永久磁铁平面，两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

作为本发明再进一步的方案：在平行于原永久磁铁平面的后端，排列一个永久磁铁平面，该新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法的应用，该方法用于增强回波信号的强度以及改善回波波形的质量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用多磁平面的磁铁组合阵列的磁环，可大幅提高磁致伸缩位移传感器内波导丝激励回波的强度；

2、通过大幅提高回波振幅的强度，可以增加回波的传输距离；

3、在同样的回波检测机构条件下，或回波检测机构的灵敏度难以提升时，可以有效提升传感器的测量范围，可以设计出更大量程的产品。

4、通过大幅提高回波振幅的强度，降低了回波的检测难度，在量程不变的情况下，可以简化回波检测机构的结构和电路设计，能够有效降低传感器的成本，提高产品的性价比。

附图说明

图1为本发明方法的产品整体示意图。

图2为采用单磁平面磁环时传感器的结构图。

图3为采用单磁平面磁环时产品的工作示意图。

图4为采用双磁平面磁环时传感器的结构图。

图5为采用双磁平面磁环时产品的工作示意图。

图6为采用三磁平面磁环时传感器的结构图。

图7为采用三磁平面磁环时产品的工作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端均依次平行排列多个永久磁铁平面，与原永久磁铁平面相邻的新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反，且相邻的两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场方向相反，新增平面距离原磁铁平面的长度以及相邻的两个新增平面距离长度均为λ/2，λ为波导丝上机械波传播的波长。如图1所示，为本发明方法的产品整机示意图，磁致伸缩位移传感器中测杆1和磁环2之间的位置关系，磁环2能够沿测杆1滑动，其相对于测杆1的位置数据，即是要获取的传感器参数。

实施例1

在平行于原永久磁铁平面的后端，排列一个永久磁铁平面，该新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

如图2所示为传感器主要的内部结构，包括波导丝3、回波检出机构5、磁环2、永久磁铁4、前阻尼器7和后阻尼器6，波导丝3由磁致伸缩材料制成。

当传感器工作时，测量电路首先产生一个电流激励，该电流在波导丝3周围形成一个环形磁场，并以光速传播；当该环形磁场和磁环2内部的永久磁铁4产生的磁场相交时，波导丝3将由于磁致伸缩效应，产生一个机械扭力震动；该震动以机械波的形式回传，并由回波检出机构5拾取；多余的回波将被前阻尼器7和后阻尼器6吸收掉；通过测量“发射脉冲”和“回波脉冲”之间的时间差，可以计算出磁环在测杆上的相对位置，从而达到磁环的位置数据或浮球的液位数据。

图3给出了该传感器工作时的回波的波形示意图，横轴为时间坐标，纵轴为回波检出信号的电压幅度；图中：L为磁环相对测杆的位置长度；t为发射脉冲和回波脉冲之间的回波传播时间；当测量得到t时，就可以根据回波在波导丝传播的速度v，计算出所需要的磁环位置数据，公式为：L＝v·t。

实施例2

图4给出了双磁平面磁环的工作原理示意图，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端，各排列一个永久磁铁平面，两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反，新增平面距离原磁铁平面的长度均为λ/2，λ为波导丝上机械波传播的波长，这个新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

在环形磁场的作用下，两个磁平面的永久磁场在相距半波长的位置产生两个方向相反的机械回波，这两个波叠加增强，效果如图5给出的回波波形，该波形要比单磁平面的设计明显增强。

实施例3

图6给出了三磁平面磁环的工作原理示意图，技术原理描述和上述类似；图7下方给出了该设计的回波波形，回波增强幅度十分明显。

根据实测数据，一般情况下机械波在波导丝3中的传播速度在2600～3300m/s，其波长约为18mm。

一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法的应用，该方法用于增强回波信号的强度以及改善回波波形的质量。

本发明方法中多磁平面的磁铁阵列磁环换成多磁平面的磁铁浮球，可以提高磁致伸缩液位传感器内波导丝激励回波的强度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种磁致伸缩位移传感器的回波增强方法，其特征在于，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端均依次平行排列多个永久磁铁平面，与原永久磁铁平面相邻的新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反，且相邻的两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场方向相反，新增平面距离原磁铁平面的长度以及相邻的两个新增平面距离长度均为λ/2，λ为波导丝上机械波传播的波长。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器的回波增强方法，其特征在于，在平行于原永久磁铁平面的前端和后端，各排列一个永久磁铁平面，两个新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

3.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器的回波增强方法，其特征在于，在平行于原永久磁铁平面的后端，排列一个永久磁铁平面，该新增平面的永久磁铁的辐向磁场和原平面磁铁的极性方向相反。

4.一种如任一权利要求1～3所述的磁致伸缩位移传感器的回波增强方法的应用，其特征在于，该方法用于增强回波信号的强度以及改善回波波形的质量。