磁致伸缩位移传感器输出特性影响因素研究

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磁致伸缩位移传感器具有测量精度高、安装简便、可靠性高等优点,在精密位移控制、自动化生产以及军事工程等领域具有广泛的应用。但在磁致伸缩位移传感器使用过程中,其输出电压受永磁体放置方式影响较大,存在输出电压衰减而造成其幅值降低,受到外界振动干扰时无法正常工作等严重问题,给工业生产带来不利影响。针对上述问题,本文从传感器输出特性影响因素出发,通过分析偏置磁场与波导丝扭转应变的关系、永磁体几何参数与偏置磁场的关系,研究波导丝扭转应变和永磁体偏置磁场对输出电压的影响;分析振动干扰对磁致伸缩位移传感器的影响,对振动干扰进行抑制。(1)针对矩形永磁体放置方式影响输出电压的问题,基于磁畴理论、电磁学与理论力学,构建波导丝扭转应变数学模型与三维有限元仿真模型。结合磁致伸缩材料的磁畴理论,分析矩形永磁体不同充磁情况、不同放置角度及其不同提离距离下的波导丝扭转应变对输出电压的影响。经实验与理论仿真分析,得出矩形永磁体最佳放置方式及其最佳提离距离,为矩形永磁体放置方式及其提离距离的选择提供理论依据。(2)针对传感器输出电压衰减而造成其幅值降低的问题,基于电磁场理论,考虑永磁体几何参数因素,分析了矩形永磁体与环形永磁体偏置磁场及其对输出电压的影响。并设计实验测试系统对输出电压进行测试,经实验与理论计算对比分析,通过合理选择矩形永磁体与环形永磁体的几何参数,对两者进行优化选型,提高了传感器输出电压幅值与测量量程。(3)针对振动干扰下传感器无法正常工作的问题,建立在振动干扰下传感器三维有限元仿真模型,基于受迫振动理论,分析了振动干扰对位移传感器的影响。提出利用固定装置抑制振动干扰的方法,建立了固定装置安装间距与个数的数学模型,分析固定装置对振动干扰的抑制效果。基于受迫振动理论与弹性力学,建立振动干扰下波导丝受固定装置约束的输出电压模型,分析固定装置对输出电压的影响,对固定装置进行优化选型。经理论与仿真分析,提高了传感器的抗干扰能力与工作稳定性。本文研究了波导丝扭转应变、永磁体偏置磁场以及振动干扰对输出电压的影响规律,对矩形永磁体放置方式进行了合理选择,提高了输出电压幅值与测量量程,使传感器在振动干扰情况下可以正常可靠地工作。本文为研制大量程、抗干扰能力强的磁致伸缩位移传感器提供理论方法与实验依据。
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