近些年來,隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,電子信息產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，位移傳感器的應(yīng)用范圍也日益增大。基于磁致伸縮原理設(shè)計(jì)而成的新型智能化位移傳感器——磁致伸縮位移傳感器(magnetostrictivedisplacementtransducer)因其具有高精度、非接觸式、使用壽命長且適用于惡劣環(huán)境中等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于石油化工、航空航天、電力、水利等各種領(lǐng)域，如輪船的各種閥門控制，汽車加油系統(tǒng)，水文監(jiān)測,各種液罐的液位監(jiān)測,機(jī)械自動(dòng)化等,特別是應(yīng)用于航天加油系統(tǒng)中的燃油監(jiān)測,和航天器的姿態(tài)控制，六自由度模擬飛行器系統(tǒng)等領(lǐng)域中。
長期以來，世界各國的汽車制造商們致力于對提高車身穩(wěn)定性和乘坐舒適性的研究，汽車工業(yè)中的減震器制造商一直為磁致伸縮位移傳感器高精度測量、可調(diào)輸出、非接觸式設(shè)計(jì)等各種高性能特點(diǎn)所吸引,然而截止目前，磁致伸縮位移傳感器只能小批量生產(chǎn)決定了其較高的價(jià)格，這些高科技裝置還只是主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中，在汽車工業(yè)，尤其是在減震器中較為少見。
本文介紹了磁致伸縮位移傳感器的原理及其應(yīng)用狀況,分析了汽車減震器的工作原理,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出_款能夠應(yīng)用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器，并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)對其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了測試驗(yàn)證。
2磁致伸縮位移傳感器的原理及應(yīng)用狀況
英國科學(xué)家焦耳(jamesprescottjoule)于1842年發(fā)現(xiàn)了磁致伸縮效應(yīng)。所謂磁致伸縮效應(yīng)，是指磁致伸縮材料在受到外界磁場的作用時(shí)，其體積和長度將發(fā)生變化的一種現(xiàn)象。1940年,磁致伸縮技術(shù)成功應(yīng)用于潛艇聲納測距系統(tǒng)；美國科學(xué)家泰勒曼（jacktellerman）在1960年向美國政府申請了磁致伸縮位移傳感器的權(quán)。
磁致伸縮位移傳感器，是利用上文所述的磁致伸縮原理，通過兩個(gè)不同磁場相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號，通過測量應(yīng)變脈沖信號沿測量元件傳播到參考點(diǎn)的時(shí)間來測量位移的。
磁致伸縮位移傳感器主要有三個(gè)模塊組成:測量模塊、位置檢測模塊和測量電路模塊。其中測量模塊由波導(dǎo)管、波導(dǎo)絲、信號輸出端子以及前部阻尼元件組成;位置檢測模塊由鋼環(huán)及其內(nèi)嵌的永磁鐵塊組成，其中鋼環(huán)的外徑可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改變；測量電路模塊由信號輸入接口、信號輸出接口、電源接口以及信號發(fā)生和采集電路組成。
磁致伸縮位移傳感器的核心敏感元件是位于測量元件（波導(dǎo)管）內(nèi)的、由特殊磁致伸縮材料制成的一根波導(dǎo)絲,該材料在現(xiàn)代工業(yè)界享有“黑色黃金”之稱，具有應(yīng)變值高、電（磁）機(jī)械波轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能將微小的磁場變化轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械波。當(dāng)電子探頭中脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電流脈沖沿波導(dǎo)管內(nèi)的波導(dǎo)絲傳播時(shí)，會(huì)在波導(dǎo)管外伴隨產(chǎn)生一個(gè)環(huán)形磁場，當(dāng)該環(huán)形磁場與磁環(huán)的固有磁場相遇時(shí)，二者會(huì)發(fā)生相互作用，此時(shí)，由于磁致伸縮效應(yīng),在波導(dǎo)管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖，這個(gè)機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖以固定的音速傳播，并很快被電子探頭所檢測到。由于該機(jī)械扭力波在波導(dǎo)管內(nèi)的傳播時(shí)間和磁環(huán)與電子探頭之間的距離成正比,于是通過測量發(fā)電脈沖與機(jī)械扭力波感應(yīng)脈沖返回之間的時(shí)間差，就可以精確地計(jì)算出磁環(huán)所在位置啊。
由于測量用的磁環(huán)和傳感器自身并無直接接觸,即使測量過程是無限重復(fù)的也不至于被摩擦、損耗，因此磁致伸縮位移傳感器使用壽命長、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可靠性高，安全性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作,即使在惡劣的環(huán)境下（易燃、易爆、易揮發(fā)、腐蝕場合）也能正常工作。此外，由于傳感器的輸出信號是對值，因此即使電源中斷、重接也不會(huì)對數(shù)據(jù)收集造成影響，也無需重新調(diào)整零位。正因如此，磁致伸縮位移傳感器被廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)。
3汽車減震器的工作原理
汽車在行駛過程中，懸架系統(tǒng)中的彈性元件會(huì)因路面顛簸等原因而產(chǎn)生振動(dòng)，為改善汽車行駛的平穩(wěn)性,提高其乘坐舒適性,通常在汽車懸架中與彈性元件并聯(lián)安裝有減震器。減震器與彈性元件相連，共同起著減震的作用。
減震器的種類多種多樣，目前在汽車懸架系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是筒式減震器，筒式減震器又可分為單向作用和雙向作用筒式減震器，下面就以雙向筒式減震器為例，分析汽車減震器的工作原理。
當(dāng)汽車車身靠近車輪時(shí)，減震器受壓縮,活塞3向下移動(dòng),造成活塞下腔室的油壓升高，油液流經(jīng)流通閥8流到活塞上面的腔室。而上腔因?yàn)橛谢钊麠U1的存在，所以增加的容積小于下腔減小的容積,因此一部分油液將經(jīng)壓縮閥6流回貯油缸5。當(dāng)汽車車身遠(yuǎn)離車輪時(shí),減震器受拉伸，此時(shí)活塞3向上移動(dòng)，上腔油壓隨之升高,流通閥8處于關(guān)閉狀態(tài),上腔內(nèi)的油液便經(jīng)伸張閥4流入下腔。由于活塞桿1的存在,下腔會(huì)產(chǎn)生一真空度，這時(shí)儲油缸中的油液便推開補(bǔ)償閥7進(jìn)入下腔。在減震器壓縮和拉伸過程中,這些閥對油的節(jié)流作用便形成懸架在運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻尼力。
4磁致伸縮位移傳感器在汽車減震器中的應(yīng)用開發(fā)
4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文所研究的磁致伸縮位移傳感器是基于中國奇瑞汽車制造有限公司生產(chǎn)的奇瑞風(fēng)云ii汽車的后懸掛減震器開發(fā)研制的，該減震器由河南淅川減震器有限公司生產(chǎn)。
一般來講，傳感器與汽車減震器的組合結(jié)構(gòu)可分為內(nèi)置式和外置式兩種?？紤]到外置式可能會(huì)改變減震器的原始尺寸，從而影響減震器的各項(xiàng)性能,不利于實(shí)驗(yàn)，所以本文中用在不影響減震器各項(xiàng)工作指標(biāo)的前提下磁致伸縮位移傳感器與減震器的內(nèi)置式結(jié)構(gòu)。
4.2傳感器性能指標(biāo)測試
為測試傳感器嵌入減震器之后的各項(xiàng)性能指標(biāo)，特搭建了由實(shí)驗(yàn)減震器、印制電路板、lcd、fdps-50ba型電源（輸入220v,輸出土15v.5v）和精密萬用表（安捷倫34401a）組成的測試系統(tǒng)。利用搭建的系統(tǒng)對該傳感器的線性度，遲滯和重復(fù)性進(jìn)行測量。
4.2.1傳感器線性度
在傳感器的有效量程范圍內(nèi)每隔5mm移動(dòng)一次磁環(huán)位置，連續(xù)測量20次,計(jì)算得出該傳感器的線性度為0.368%fso
4.2.2傳感器遲滯
將傳感器的有效量程進(jìn)行20等分,對于0-20之間的每個(gè)位移值，分別進(jìn)行10次測量。然后對每次測量的平均值（共21個(gè)）進(jìn)行l(wèi)ms擬合計(jì)算，對20—0之間的每個(gè)位移值進(jìn)行同樣實(shí)驗(yàn)，并計(jì)算正反方向測量的差值ah。
4.2.3傳感器重復(fù)性
根據(jù)上一步實(shí)驗(yàn)所得傳感器在正反行程的測量數(shù)據(jù)，由線性度公式計(jì)算出該傳感器的重復(fù)性誤差=±0.293%fs。
5結(jié)論
基于磁致伸縮效應(yīng)的位移傳感器因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而受到各行業(yè)的青睞，汽車減震器的目的在于改善駕駛平順性，提高乘坐的舒適性。本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于汽車減震器中的磁致伸縮位移傳感器能夠很好的測量汽車在行駛過程中減震器的震動(dòng)幅度，從而為致力于改進(jìn)汽車綜合性能的汽車制造商們提供有效參考。對減震器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了內(nèi)嵌入其中的磁致伸縮位移傳感器具有良好的性能:線性度為0.368%fs,遲滯為0.185%fs,重復(fù)性誤差為±0.293%fso
關(guān)鍵詞：傳感器 減震器 汽車減震器 電路板