磁致伸缩位移传感器原理及测量盲区产生原因

　　1.1 传感器原理

　　当脉冲激励电流施加在介质均匀的磁致伸缩波导丝两端时，波导丝会产生周向磁场，永磁体在波导丝处产生轴向的偏置磁场。脉冲激励电流产生的周向磁场与永磁体产生的轴向偏置磁场叠加，会产生一个合成磁场。根据魏德曼效应，磁致伸缩波导丝内部的磁畴排列状态变化，如图 1 所示，磁畴排列状态发生变化会引起材料内部的扭转应变，形成扭转波。根据维拉利效应，扭转波会引起磁畴的转动，使材料的磁感应强度B变化。根据法拉第电磁感应定律，检测线圈两端产生的感应电压e可表示为

　　式中，N 为检测线圈匝数；S 为单匝线圈面积；Φ 为磁通量；B 为磁感应强度；v0 为扭转波的波速，室温下 v 0 = /G/ρ ，其中，G 为材料的剪切模量，ρ 为波导丝的密度。

　　图 1 磁场对波导丝磁畴排列状态的影响

　　在给磁致伸缩位移传感器波导丝施加如图 2a 所示的脉冲激励信号后，检测线圈中会产生脉冲响应信号，如图 2b 所示。因为电流在检测线圈中无法突变并且时间上存在延迟，所以脉冲响应信号的电压幅值在一定的时间内会发生连续的变化，脉冲响应信号的持续时间会大于脉冲激励信号的作用时间。

　　图 2 脉冲激励信号、脉冲响应信号和扭转波信号的波形

　　1.2 测量盲区的产生原因

　　实验发现，当永磁体距离检测线圈较远时，脉冲响应信号保持稳定状态，扭转波信号可以被正常识别，传感器可以正常测量位移。当永磁体移动到检测线圈附近的某范围内时，脉冲响应信号会发生畸变，扭转波信号与脉冲响应信号发生重叠，扭转波信号无法被识别，导致传感器失效。此时，永磁体所处的范围就是测量盲区的范围。

　　在波导丝两端施加脉冲激励信号后，波导丝会产生周向磁场，根据法拉第电磁感应定律，检测线圈会产生感应电流，检测线圈的输出端输出脉冲响应电压。根据本文的脉冲响应电压模型可知，当永磁体靠近检测线圈时，永磁体产生的轴向磁场会对检测线圈产生影响，引起脉冲响应电压的变化，导致扭转波信号无法被识别，从而产生测量盲区。

　　根据磁致伸缩位移传感器的工作原理，测量盲区的宽度为扭转波波速与持续时间的乘积。在材料、温度等因素确定时，扭转波波速保持不变，因此以持续时间表示测量盲区。