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磁致伸縮位移傳感器功能新突破

來源:拿度科技 瀏覽量: 時間:2021-07-05 10:41

  

       美國MTS公司很早就開始從事磁致伸縮位移傳感器的研究,并擁有最早的設計專利權,最近該公司推出一個精度極高和性能極強的位移傳感器系列,此系列不僅在磁致伸縮技術上做出突破,還包含了一些較具創新性的設計概念,使磁致伸縮位移傳感器能更廣泛的被更多的自控行業所應用。
1、模塊設計
       全的系列采用模塊方式組裝。這樣最對生產過程、應用、維修方面和未來功能升級提供了極大的靈活性。其主要模塊包括:基本磁致伸縮敏感元件、電子模塊、內接線插頭、應用外殼、控制線接口。值得一提的是改良后的敏感元件和電子模塊都經過特別處理,因此傳感器承受震蕩和沖擊的能力大為提高。其指標為100g(單一沖擊),符合IEC標準68-2-27;而其震蕩指標為5g/10-150Hz,符合IEC標準68-2-6.這些重大的技術改造除了使該系列傳感器功能增強外,同時也令他的使用壽命更加長。
2、高精度和高性能的由來
       傳統的位移傳感器在滿足不同應用條件上有一定限制,很大成都在于響應時間和高分辨率的取舍。由于傳感器是測量一個應變脈沖信號以高速的飛行時間鉆換成位置,因此分辨率便取決于酒精我們能把飛行時間分的多細。分的越細,代表分辨率越高。
       正如前文所述,傳統上一般采用兩種方式,一種是加快內置計數器式中頻率,效果明顯,但是這樣快的時鐘十分昂貴,同時計數器的電路功能也需同步提升。
       另一種比較經濟的做法是把飛行時間重復讀數后再除以讀的次數以增加分辨率。這種方法的缺點是在一個固定時間內不能重復次數太多。舉例說,如果要去0.025mm的分辨率,而內置時鐘為28MHz,傳感器要作4次重讀和平均后才能得到。這便相對于一個300mm量程的更新品頻率為23kHz,這個頻率在一般工程上其實不差,但如果量程加長的話又或需要更高分辨率的便比較慢。比方說要在1400mm行程上達到2.5μm分辨率的話,更新頻率便是100Hz,在應用上來說非常慢。
        最近MTS公司在改進傳感器的功能上做了一些創新的技術突破,解決了上述分辨率和更新頻率在取舍上的難題。新的系列的輸出分辨率讀數標準為5μm,最高可以達2μm。以300mm行程的傳感器來說,內在的更新速率為9kHz(而1400mm行程則為2kHz)以提供5μm的分辨率,這對極高速的閉路控制來說是綽綽有余了。這個功能的提升在如金工加工機械應用上尤為重要。因為在任何速度上,真實位置和顯示位置上的不齊量會比舊有的讀數方法為低。
       傳感器頭內置的電子版是采用專利ASIC電路。這個應用電路能再一次讀數上讀出機械的分辨率。ASIC工作起來便猶如一個內置350MHz的時鐘一樣,可把飛行時間切割到2.9μs這么細。除了提高分辨率和更新時間外,更把滯后減低到4μm,非線性從0.05%F.S.減低到0.02%F.S.,如經內置電路進一步修正后,更可達0.01%F.S.(從前必須靠外置電路來作修正)。因此新一代的精度及功能已幾乎接近光學尺,而其承受強力沖擊、震蕩及污染的環境的能力則比光學尺強上好幾倍。
磁致伸縮位移傳感器
       波導管的重新包裝技術是把可能受到疲勞和沖擊的內在結構性元件移走或密封起來,此外,所有電路都是集中在一塊板子上而且電路是與技術外殼絕緣的。最后電子板被裝嵌在一個小金屬盒子里,然后填滿固定材料,這樣做幾乎完全排除了電子板因為受到沖擊或震蕩而產生實效的可能性。由于電子部分余機械外殼的接地線是隔離的,所以排除了由地線所引起的噪音問題。由于這些改良設計,該傳感器已被歐洲CE認可。
       由于傳感器電路內含微機處理器,所以數據輸送方面可以多元化,除了模擬量、數字方式外,還可選用網絡總線例如Device Net協議。由于信息所需元位減少,所以輸送速度極快。此外,利用由德國Bosch公司開發的CAN總線,更可減少對電線數目的需求。
       此外,此種輸出優勢更能提供其增值功能。例如,利用一個傳感器附帶多個定位磁鐵作為鉆孔機和切割機上作同軸的多個位置打孔或切割便非常有經濟效益。這些定點磁鐵除了提供位置輸出外還可提供速度輸出,同時可隨時在開機情況下接受外來的可編程限位定點。當定位磁鐵經過一個指定限位后,輸出信息的“狀況”位組內一個元位會被修改作為限位確認。輸出信息是可以被由控制器設定作連續輸出或按要求隨時輸出。因為傳感器內的數據采樣是連續不斷的,隨時準備輸出。
       由于通訊是利用雙限制,另加上領條供電線稱為母線,所以在應用上除了減少電線數目外,更剪短電纜的總長度,傳感器愈多,經濟效益愈高。
       除CAN總線外,MTS還提供SSI同步串聯接口,此種數字輸出方式退出后,很快便被市場吸收,應用于取代絕對編碼器上,因為SSI能減少所需電線的樹木。舉例:一個24位的編碼器需要25條線作為通訊而SSI只需4條便成。因為信號是串聯的24或25位,所以只需由控制器始終(一般為25MHz)發放處一組25或26個時鐘脈沖便可。每一個時鐘脈沖可以將以為數據輸出,而由于數據輸出是連續不斷的,所以數據組與組之間的空間是非常低的。
        除了在數字輸出方面作出突破處,該系列在模擬輸出方式的功能也提升不少。例如:分辨率由12位提升至16位。此外由于磁致伸縮原理提供的靈活性,傳感器還可提供除了位置以外的另一組輸出,可以是位置或速度輸出。最后,該系列的傳感器外殼提供電子尺型和油壓缸型,簽章額可以很容易安裝在任何機械上用以取替電子尺。后者則因能承受高壓而安裝在油缸活塞內。由于是采用模塊組合裝配,更換傳感器時只需更換敏感元件或電子板而無需更換外殼,這樣停機時間可以索道最短。
       該系列傳感器由于是采用模塊組合方式裝配,因此可以在每個獨立元件上改良及提升其性能,最后整個組合便能發揮極強的功能。從1975年至今,磁致伸縮位移傳感器已經成功的安裝在數十萬個高科技工業應用案中,而磁致伸縮位移傳感器無論是在其功能、技術指標、可靠性以及壽命等都比其原有產品有所提高。


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