一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業測量技術領域，具體是一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法及應用，用于各行業所需的位移和液位參數的測量，涉及行業化工、石油、煤炭、食品、電力、通信、軍工、航天等領域。
【背景技術】
[0002]在工業測量技術領域，由于各種工況的需求，用于測量位移和液位的技術原理和方法有很多。其中，采用磁致伸縮原理的傳感器可以實現:高精度、高可靠、單機多點位、大量程的特點。在原有產品設計的基礎上，本發明提供了一種方法，利用多組磁鋼組合陣列的磁環，可大幅提高回波振幅的強度，以增加了回波的傳輸距離，降低了回波的檢測難度。從而有利于提升該類型傳感器的測量范圍、可靠性、性價比。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法及應用，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004]磁致伸縮位移傳感器是一種高精度的位移和液位測量技術，它利用磁致伸縮原理，在波導絲的磁環位置處產生機械扭力震動波，簡稱回波。
[0005]磁致伸縮原理，是指鐵磁材料和亞鐵磁材料在磁化狀態改變的情況下，其長度和體積也會發生微小的變化。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端均依次平行排列多個永久磁鐵平面，與原永久磁鐵平面相鄰的新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反，且相鄰的兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場方向相反，新增平面距離原磁鐵平面的長度以及相鄰的兩個新增平面距離長度均為λ/2，λ為波導絲上機械波傳播的波長。
[0008]作為本發明進一步的方案:在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端，各排列一個永久磁鐵平面，兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。
[0009]作為本發明再進一步的方案:在平行于原永久磁鐵平面的后端，排列一個永久磁鐵平面，該新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。
[0010]—種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法的應用，該方法用于增強回波信號的強度以及改善回波波形的質量。
[0011]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0012]1、利用多磁平面的磁鐵組合陣列的磁環，可大幅提高磁致伸縮位移傳感器內波導絲激勵回波的強度；
[0013]2、通過大幅提高回波振幅的強度，可以增加回波的傳輸距離；
[0014]3、在同樣的回波檢測機構條件下，或回波檢測機構的靈敏度難以提升時，可以有效提升傳感器的測量范圍，可以設計出更大量程的產品。
[0015]4、通過大幅提高回波振幅的強度，降低了回波的檢測難度，在量程不變的情況下，可以簡化回波檢測機構的結構和電路設計，能夠有效降低傳感器的成本，提高產品的性價比。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明方法的產品整體示意圖。
[0017]圖2為采用單磁平面磁環時傳感器的結構圖。
[0018]圖3為采用單磁平面磁環時產品的工作示意圖。
[0019]圖4為采用雙磁平面磁環時傳感器的結構圖。
[0020]圖5為采用雙磁平面磁環時產品的工作示意圖。
[0021]圖6為采用三磁平面磁環時傳感器的結構圖。
[0022]圖7為采用三磁平面磁環時產品的工作示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0024]一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端均依次平行排列多個永久磁鐵平面，與原永久磁鐵平面相鄰的新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反，且相鄰的兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場方向相反，新增平面距離原磁鐵平面的長度以及相鄰的兩個新增平面距離長度均為λ/2，λ為波導絲上機械波傳播的波長。如圖1所示，為本發明方法的產品整機示意圖，磁致伸縮位移傳感器中測桿I和磁環2之間的位置關系，磁環2能夠沿測桿I滑動，其相對于測桿I的位置數據，即是要獲取的傳感器參數。
[0025]實施例1
[0026]在平行于原永久磁鐵平面的后端，排列一個永久磁鐵平面，該新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。
[0027]如圖2所示為傳感器主要的內部結構，包括波導絲3、回波檢出機構5、磁環2、永久磁鐵4、前阻尼器7和后阻尼器6，波導絲3由磁致伸縮材料制成。
[0028]當傳感器工作時，測量電路首先產生一個電流激勵，該電流在波導絲3周圍形成一個環形磁場，并以光速傳播；當該環形磁場和磁環2內部的永久磁鐵4產生的磁場相交時，波導絲3將由于磁致伸縮效應，產生一個機械扭力震動；該震動以機械波的形式回傳，并由回波檢出機構5拾取；多余的回波將被前阻尼器7和后阻尼器6吸收掉；通過測量“發射脈沖”和“回波脈沖”之間的時間差，可以計算出磁環在測桿上的相對位置，從而達到磁環的位置數據或浮球的液位數據。
[0029]圖3給出了該傳感器工作時的回波的波形示意圖，橫軸為時間坐標，縱軸為回波檢出信號的電壓幅度；圖中:L為磁環相對測桿的位置長度；t為發射脈沖和回波脈沖之間的回波傳播時間；當測量得到t時，就可以根據回波在波導絲傳播的速度V，計算出所需要的磁環位置數據，公式為:L = V.t。
[0030]實施例2
[0031]圖4給出了雙磁平面磁環的工作原理示意圖，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端，各排列一個永久磁鐵平面，兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反，新增平面距離原磁鐵平面的長度均為λ/2，λ為波導絲上機械波傳播的波長，這個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。
[0032]在環形磁場的作用下，兩個磁平面的永久磁場在相距半波長的位置產生兩個方向相反的機械回波，這兩個波疊加增強，效果如圖5給出的回波波形，該波形要比單磁平面的設計明顯增強。
[0033]實施例3
[0034]圖6給出了三磁平面磁環的工作原理示意圖，技術原理描述和上述類似；圖7下方給出了該設計的回波波形，回波增強幅度十分明顯。
[0035]根據實測數據，一般情況下機械波在波導絲3中的傳播速度在2600?3300m/s，其波長約為18mm。
[0036]—種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法的應用，該方法用于增強回波信號的強度以及改善回波波形的質量。
[0037]本發明方法中多磁平面的磁鐵陣列磁環換成多磁平面的磁鐵浮球，可以提高磁致伸縮液位傳感器內波導絲激勵回波的強度。
[0038]對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
【主權項】
1.一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法，其特征在于，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端均依次平行排列多個永久磁鐵平面，與原永久磁鐵平面相鄰的新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反，且相鄰的兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場方向相反，新增平面距離原磁鐵平面的長度以及相鄰的兩個新增平面距離長度均為λ/2，λ為波導絲上機械波傳播的波長。2.根據權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法，其特征在于，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端，各排列一個永久磁鐵平面，兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。3.根據權利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法，其特征在于，在平行于原永久磁鐵平面的后端，排列一個永久磁鐵平面，該新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反。4.一種如任一權利要求1?3所述的磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法的應用，其特征在于，該方法用于增強回波信號的強度以及改善回波波形的質量。
【專利摘要】本發明公開了一種磁致伸縮位移傳感器的回波增強方法及應用，在平行于原永久磁鐵平面的前端和后端均依次平行排列多個永久磁鐵平面，與原永久磁鐵平面相鄰的新增平面的永久磁鐵的輻向磁場和原平面磁鐵的極性方向相反，且相鄰的兩個新增平面的永久磁鐵的輻向磁場方向相反。該方法用于增強回波信號的強度以及改善回波波形的質量。本發明方法利用多磁平面的磁鐵組合陣列的磁環，可大幅提高磁致伸縮位移傳感器內波導絲激勵回波的強度，有利于提升該類型傳感器的測量范圍、可靠性和性價比。
【IPC分類】G01B7/02
【公開號】CN105157552
【申請號】CN201510425332
【發明人】張昌金, 程言峰, 徐雨秀, 劉建生, 石松
【申請人】張昌金
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年7月19日