磁致伸縮線性位移傳感器是應(yīng)用磁致伸縮原理研制而成的。由于磁致位移傳感器具有精度高、重復(fù)性好、穩(wěn)定可靠、非接觸式測(cè)量、壽命長(zhǎng)、安裝方便、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn) ,被廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥、食品、飲料等行業(yè) ,特別適用于要求測(cè)量精度高、使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測(cè)量系統(tǒng)中。作為位移傳感器 ,它不但可以測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的直線位移 ,而且 ,還可同時(shí)給出運(yùn)動(dòng)物體的速度模擬信號(hào)。磁致位移傳感器靈活的供電方式和極為方便的接線方式可滿足工程上各種測(cè)量、控制的要求。由于采用非接觸測(cè)量方式 ,不會(huì)由于磨擦、磨損等原因造成傳感器的使用壽命降低。
在板材成型測(cè)試控制系統(tǒng)中 ,要求測(cè)量精度在 100 mm之內(nèi)誤差為 0. 5 mm。應(yīng)用磁致伸縮位移傳感器來(lái)測(cè)量控制位移量 ,使測(cè)量精度提高 ,控制位移量的誤差減小 ,提高了板材成型的控制精度。
1、傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理
磁致伸縮位移傳感器的結(jié)構(gòu)中有 2個(gè)磁場(chǎng) ,一個(gè)來(lái)自傳感器外面的活動(dòng)磁鐵 ,另一個(gè)來(lái)自傳感器內(nèi)波導(dǎo)絲中的電流脈沖 ,它使磁致伸縮絲周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)與 2塊磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)矢量疊加形成一個(gè)螺旋磁場(chǎng) ,從而使波導(dǎo)管發(fā)生扭曲 ,并產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖。由于磁致伸縮材料是采用圓形截面絲 ,根據(jù) Pochhammer的三維彈性理論 ,扭轉(zhuǎn)波的圓形截面桿中的傳播形式是關(guān)于圓柱中心對(duì)稱的。
磁致伸縮線性位移傳感器工作時(shí) ,由電子倉(cāng)內(nèi)電子電路產(chǎn)生一起始脈沖 ,此起始脈沖在波導(dǎo)絲中傳輸時(shí) ,同時(shí)產(chǎn)生了一沿波導(dǎo)絲方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ,當(dāng)這個(gè)磁場(chǎng)與磁環(huán)或浮球中的磁場(chǎng)相遇時(shí) ,產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng) ,使波導(dǎo)絲發(fā)生扭動(dòng) ,這一扭動(dòng)被安裝在電子倉(cāng)內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知 ,并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流脈沖 ,通過(guò)電子電路計(jì)算出 2個(gè)脈沖之間的時(shí)間差 ,即可精確測(cè)出被測(cè)的位移量。
2、測(cè)試系統(tǒng)組成
在板材成型的試驗(yàn)研究及生產(chǎn)中 ,工件的壓下量也就是凸模行程是一個(gè)重要的工藝參數(shù)。例如 :板材自由彎曲成型工藝中 ,為了嚴(yán)格控制工件的回彈量 ,根據(jù)不同的材料不同的彎曲角 ,其凸模下行量也是不同的 ,嚴(yán)格控制凸模的位移量 ,可以得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。
板材自由彎曲控制系統(tǒng)系統(tǒng)主要由磁致伸縮線性位移傳感器、數(shù)字顯示控制儀、數(shù)據(jù)采集卡、便攜計(jì)算機(jī)、LabV IEW 測(cè)試軟件等組成。采集的信號(hào)為凸模行程 H和彎曲力 p, H, p經(jīng) LabV IEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)采集控制程序預(yù)測(cè)出行程 H0 ,當(dāng)凸模行程 H < H0時(shí) ,彎曲繼續(xù)進(jìn)行 ;當(dāng) H≥H0 時(shí) , D /A卡發(fā)出信號(hào)控制繼電器斷電 ,彎曲終止。
在板材拉深成型工藝中 ,為了在不破裂不起皺的前提下提高一次成型的極限拉深高度 ,要對(duì)拉深高度和壓邊力的變化規(guī)律進(jìn)行嚴(yán)格控制。圖 3為板材拉深成型控制系統(tǒng)框圖。測(cè)試對(duì)象為凸模行程即拉深高度 H, 以及壓邊力Q、拉深力 p,測(cè)得的參數(shù)經(jīng) LabV IEW采集控制程序預(yù)測(cè)出不起皺、不破裂的拉深高度 H0 和壓邊力控制規(guī)律QC (H) ,通過(guò)判斷 H < H0 或 H≥H0 , D /A卡發(fā)出信號(hào) ,液壓系統(tǒng)換向閥換向 ,拉深終止。
3、信號(hào)采集模塊與控制模塊的選配
本測(cè)試系統(tǒng)采用 LabV IEW軟件編程 ,位移信號(hào)采集模塊與控制模塊均根據(jù)本系統(tǒng)的要求進(jìn)行選取設(shè)置。
3. 1 模擬輸入模塊
在位移信號(hào)采集程序中 ,選用中級(jí)模擬輸入“V I2A ISingle Scan”執(zhí)行多通道單點(diǎn)采集 ,該模塊的信道設(shè)置選用已經(jīng)設(shè)定的磁致位移傳感器信道 ,該“V I”“與 A I Config V I”一起使用 ,將“A I Config V I”放在“W hile”循環(huán)外邊 ,設(shè)置通道 ,選擇輸入極限 ,并產(chǎn)生一個(gè)任務(wù)標(biāo)識(shí)程序 ,把任務(wù)標(biāo)識(shí)程序和出錯(cuò)信息傳遞到“W hile”循環(huán)中 ,循環(huán)內(nèi)調(diào)用 “A I Single Scan V I”采集掃描一次的數(shù)據(jù) ,這些數(shù)據(jù)傳遞到“My Single Scan Processing V I”中 。
3. 2 數(shù)字輸出模塊
控制模塊調(diào)用數(shù)字輸出模塊“While to D igital L ine vi”。在該模塊的信道設(shè)置選用事先設(shè)定的信道“digital I/O”。 H0 為程序中經(jīng)過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)出的行程 , H為磁致位移傳感所測(cè)得的瞬時(shí)行程。將 H與 H0 進(jìn)行比較 ,當(dāng) H < H0 時(shí) ,條件端子輸入為“True”,循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行 ;當(dāng) H≥H0 時(shí) ,條件端子輸入為“False”,循環(huán)停止 ,同時(shí) ,數(shù)字輸出模塊輸出一個(gè)低電位信號(hào) ,繼電器斷電 ,彎曲終止 ,或換向閥換向 ,拉深終止。
4、測(cè)試系統(tǒng)特性曲線與性能改善
對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)定 ,輸入輸出特性曲線中上行曲線與下行曲線線性相關(guān)系數(shù)均為 0. 9999,線性度滿足測(cè)試系統(tǒng)要求?；爻陶`差值為 0. 288 0 V,滿量程電壓為 7. 015 4V,滯后優(yōu)于 4 % FS,分辨力為 0. 002 % FS,靈敏度達(dá) 65. 3mV /mm。
設(shè)定 H0 為一系列值 ,當(dāng)滿足 H≥H0 時(shí) ,控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào) ,板材成型終止。此時(shí) ,各執(zhí)行元件的信號(hào)會(huì)稍有滯后 ,實(shí)測(cè)值與控制值有誤差。對(duì)于此誤差可在預(yù)測(cè)值中將其消去 ,即 H0 = H′- Δ, H′為預(yù)測(cè)值 , Δ為控制系統(tǒng)滯后誤差。滯后誤差值為 0. 33,最小值為 0. 07。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證 :該傳感器在板材彎曲及板材拉深控制系統(tǒng)的應(yīng)用中 ,測(cè)試控制精度均達(dá)到要求。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定 ,其線性度、靈敏度、分辨力、滯后均在精度要求范圍內(nèi) ,控制信號(hào)的滯后誤差在行程70～100mm時(shí) ,為 0. 33mm ,在預(yù)測(cè)值中減去這個(gè)誤差 ,使滯后誤差得到消除 ,測(cè)試精度范圍及控制反應(yīng)速度均滿足了板材成型控制的要求。由于具有非接觸式及現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性好等特點(diǎn) ,磁致伸縮線性位移傳感器可推廣應(yīng)用于金屬鍛造成型、金屬擠壓成型、塑料制品成型等加工工藝的數(shù)據(jù)采集與控制中。
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