磁致伸缩传感器性能及关键技术指标测试与分析毕业设计答辩
磁致伸缩传感器的功能特性
1、频率响应特性传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有-定延迟，希望延迟时间越短越好。
传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。
在动态测量中，应根据信号的特点（稳态、瞬态、随机等）响应特性，以免产生过火的误差。
2、线性范围传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。
以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。
传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。
但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。
当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
3、稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。
影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。
因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。
在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。
在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。
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《磁致伸缩直线位移传感器弹性波机理研究》范文
《磁致伸缩直线位移传感器弹性波机理研究》篇一一、引言磁致伸缩直线位移传感器是一种基于磁致伸缩效应的测量装置，广泛应用于工业自动化、航空航天、精密测量等领域。
其核心原理是利用磁性材料在磁场作用下的伸缩效应，通过测量磁性材料的伸缩量来获取位移信息。
本文旨在研究磁致伸缩直线位移传感器中的弹性波机理，为提高传感器的测量精度和稳定性提供理论支持。
二、磁致伸缩效应及传感器结构磁致伸缩效应是指磁性材料在磁场作用下发生伸缩变形的现象。
磁致伸缩直线位移传感器主要由磁性材料、线圈、传感器壳体等部分组成。
当线圈中通入电流时，会产生磁场，进而使磁性材料发生伸缩变形，从而产生位移信息。
三、弹性波机理研究1. 弹性波的产生在磁致伸缩直线位移传感器中，当磁性材料受到磁场作用发生伸缩时，会在材料内部产生应力波，即弹性波。
这些弹性波以一定的速度在材料中传播，并最终传递到传感器的另一端。
2. 弹性波的传播弹性波在磁性材料中的传播受到材料性质、温度、应力等因素的影响。
研究表明，弹性波的传播速度与材料的密度、弹性模量等物理性质密切相关。
此外，温度的变化也会影响弹性波的传播速度和波形。
因此，在研究磁致伸缩直线位移传感器的弹性波机理时，需要考虑这些因素的影响。
3. 弹性波的检测为了检测弹性波，需要在传感器中设置检测装置，如压电晶体、光纤光栅等。
这些检测装置能够将弹性波转换为电信号或光信号，进而实现对位移信息的测量。
在检测过程中，需要考虑到检测装置的灵敏度、响应速度等因素对测量结果的影响。
四、研究成果及展望通过对磁致伸缩直线位移传感器弹性波机理的研究，我们可以更好地理解传感器的工作原理和性能特点。
研究表明，弹性波的传播速度和波形与材料的性质、温度等因素密切相关，这为提高传感器的测量精度和稳定性提供了理论依据。
此外，通过优化传感器的结构和使用更先进的检测装置，我们可以进一步提高传感器的性能，扩大其应用范围。
未来研究方向包括进一步研究弹性波的传播特性，探索更有效的检测方法，以及开发具有更高精度和稳定性的磁致伸缩直线位移传感器。
《磁致伸缩直线位移传感器的机理研究与应用》
《磁致伸缩直线位移传感器的机理研究与应用》篇一一、引言磁致伸缩直线位移传感器是一种基于磁致伸缩效应原理工作的精密测量装置，它具有高精度、高分辨率和良好的重复性等特点，在机械、自动化控制、机器人、精密测量等领域有着广泛的应用。
本文将对磁致伸缩直线位移传感器的机理进行深入研究，并探讨其在实际应用中的效果。
二、磁致伸缩直线位移传感器的工作原理磁致伸缩直线位移传感器主要由磁致伸缩材料、传感器探头和电子电路三部分组成。
当外部磁场作用于磁致伸缩材料时，材料会产生伸缩变形，从而改变其长度。
通过测量这一长度变化，即可得到被测物体的位移信息。
1. 磁致伸缩材料磁致伸缩材料是磁致伸缩直线位移传感器的核心部分，它具有优异的磁致伸缩性能和良好的稳定性。
常见的磁致伸缩材料有镍基合金、铁基合金等。
这些材料在磁场作用下会产生明显的伸缩变形，从而为测量位移提供了基础。
2. 传感器探头传感器探头是用于检测磁致伸缩材料长度变化的装置。
它通常由两个部分组成：一是固定的非磁性外壳，用于安装和固定磁致伸缩材料；二是与外部电子电路连接的输出信号端子。
3. 电子电路电子电路是用于将传感器的信号转换为数字信号并输出的部分。
通过外部控制器发送的电流信号可以驱动传感器探头产生磁场，进而引起磁致伸缩材料的伸缩变形。
同时，电子电路还能对传感器输出的信号进行放大、滤波和数字化处理，以便于后续的信号处理和分析。
三、磁致伸缩直线位移传感器的应用磁致伸缩直线位移传感器具有高精度、高分辨率和良好的重复性等特点，在许多领域都有广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 机械制造领域在机械制造领域，磁致伸缩直线位移传感器被广泛应用于各种精密测量和控制系统。
例如，在机床的加工过程中，需要实时检测工件的尺寸和位置信息，以便进行精确的控制和调整。
这时，磁致伸缩直线位移传感器就能发挥出其高精度测量的优势，提高机床的加工精度和生产效率。
2. 自动化控制领域在自动化控制领域，磁致伸缩直线位移传感器也得到了广泛的应用。
磁致伸缩位移传感器课件
目 录
• 磁致伸缩位移传感器概述 • 磁致伸缩位移传感器的组成与结构 • 磁致伸缩位移传感器的性能指标 • 磁致伸缩位移传感器的安装与调试 • 磁致伸缩位移传感器的使用与维护 • 磁致伸缩位移传感器的发展趋势与展望
01 磁致伸缩位移传感器概述
定义与工作原理
定义
磁致伸缩位移传感器是一种非接触式位移测量仪器，通过测量磁场变化来检测 物体的位移。
等方面的需求将增长。
医疗与健康领域
磁致伸缩位移传感器在医疗器械 、康复设备等领域的应用将逐渐 增多，助力医疗健康行业的技术
进步。
对未来发展的影响与价值
促进智能制造发展
磁致伸缩位移传感器作为智能制造的关键传感器之一，其技术创 新和应用拓展将推动智能制造产业的升级和发展。
提高生产效率和安全性
磁致伸缩位移传感器的高精度测量和智能化发展有助于提高生产过 程的自动化水平和安全性，减少人工干预和误差。
环境适应性
工作温度
是指传感器正常工作时所处的环境温 度范围。磁致伸缩位移传感器的温度 范围较宽，能够在较宽的温度范围内 正常工作。
抗干扰能力
是指传感器对周围环境的干扰因素的 抵抗能力。磁致伸缩位移传感器具有 较强的抗干扰能力，能够在较为复杂 的环境中正常工作。
04 磁致伸缩位移传感器的安 装与调试
安装注意事项
确保传感器安装位置无强烈震动和磁场干扰
磁致伸缩位移传感器对震动和磁场干扰敏感，因此应选择平稳、无磁场干扰的位置进行安 装。
正确连接电源和信号线
确保电源和信号线的连接牢固，避免出现接触不良或短路的情况。
调整安装支架高度
根据实际需要，调整安装支架的高度，以确保传感器与被测物体之间的距离合适。
磁致伸缩位移传感器
磁致伸缩位移传感器一、概述磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。
由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响。
此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。
恒伸传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。
由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。
二、结构材质测杆结构:刚性测杆结构、外置一体式结构；测杆材质:不锈钢316、铝型材测杆耐压:≤34MPa（位移）；液位：由所选浮子承压决定电子仓外壳:铝合金安装接口:螺纹连接、固定座出线方式:直出电缆线、航空插头防护等级:IP65（可根据要求定制IP67 或IP68）三、产品特点* 内部非接触式测量* 性能价格比高* 多种输出方式可供选择* 防浪涌、防射频干扰[1] * 不需定期标定和维护* 安装方便* 高精度、高稳定性、高可靠性* 使用寿命长* 具有输入电源反向极性保护功能* 结构精巧、环境适应性强* 隔离防爆型（可选）四、工作原理磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。
测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。
测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。
由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。
磁致伸缩传感器说明书
磁致伸缩位移传感器MTL系列使用说明书深圳市米朗科技有限公司一、概述在铁磁质中磁化方向的改变会引起介质晶格间距的改变，从而使得铁磁质的长度和体积发生改变，即：磁致伸缩现象，也称为威德曼效应，其逆效应称为维拉里效应。
磁致伸缩传感器的原理是利用两个不同磁场相交时产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。
这两个磁场一个来自磁环中的永磁铁，另一个来自传感器电子仓中的电子部件产生的激励脉冲。
激励脉冲沿传感器内用磁致伸缩材料制造的波导丝以声速运行。
当与磁环中的永磁场相交时，由于磁致伸缩现象，波导丝产生的机械振动形成一个应变脉冲。
应变脉冲很快便被电子仓中的感测电路探测到。
从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，我们便能准确的计算出磁铁的位置变化。
这个过程是连续不断的，所以每当磁环位置改变时，新的位置会迅速被测量出来。
由于输出信号是真正的绝对值，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更不必像其他传感器那样需要定期重标。
磁致伸缩传感器为非接触式，永不磨损。
具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快、工作寿命长等优点。
传感器不用重新标定，也不用定期维护。
二、主要技术性能指标★量程范围（mm） 80～5000mm★供电电压: +11VDC〜+24VDC★输出形式/工作电压模拟信号：4〜20mADC、0〜5VDC、1〜5VDC、0〜10VDC（+15VDC〜+36VDC）数字信号：RS485★负载能力电压信号输出最大负载2mA电流信号输出最大负载3KΩ★非线性误差±0.05%FS；200mm以下最大误差100 μm★重复性误差优于0.002%FS★分辨率优于0.002%FS★迟滞优于0.002%FS★工作温度 0〜+70℃ -15〜+60℃ -25〜+70℃ -40〜+85℃★测杆材料 0Cr18Ni9（304）316不锈钢（特殊定制）★电子仓外壳材料铸铝（1Cr18Ni9Ti可选）★引线方式 PVC屏蔽电缆线（默认长度：2.8m，也可根据用户要求提供）航空插头（不适用于隔爆产品）接线端子★外壳防护等级 IP68三、安装3．1安装前注意事项认真阅读全部安装说明,防止安装的环境温度、冲击、振动、压力及尺寸超出传感器的允许范围；不可使测杆弯曲；切勿使传感器的电子部件端或最末端承受大的冲击；传感器的电子部件防溅但不可浸没，切不可让液体浸至电子仓基座上方。
基于磁致伸缩逆效应的超磁致伸缩力传感器
感器。但 由于缺乏相应的设计理论分析 ， 而制约 了其发展 。在 分析 了磁 致伸缩 逆效应的基础上 ， 出 了超磁致伸 缩力 从 给
传感器的设计原理 ， 计 了 设 超磁致伸 缩力传感 器的结构 ， 并采 用数值 计算方 法对 其磁 场进行 了 算。计 算结果 与实验 结 计
果的比较表 明： 者符合较好 ， 二 设计的超磁 致伸 缩力传感器方案是可行 的， 对其今后进行深入 应用研 究和优化设计具 有重
ｈ ｅｅ ｎ ｇ ｍ ｎ ｗ ｌ ａ ｅｄ ｇ ｓ ｅ ｅｆ ｒｅｓ ｓｒｓｆ ｓ ｌ， ｈ ｈｉ ｉｏ ｔ ｔｏｏｔ ｚ ｔ ａ ｇｅ ｓ ｉ ｔ ｙｗ ｒ ｉ ａｒｅ ｅｔ ｅ ， ｄｔ ｅｉ ｈｍ ｒｆｃ ｎｏ ａｉｅ ｗ ｉ ｐｒ ｎ ｐｉｉ ｅｇ ｔ ａｎｔ ｔｔｅ ｅ ｅ ｌｎ ｈ ｓ ｎ ｃ ｏ ｏ ｅ ｉｅ ｂ ｃ ｓｍ ａ ｔ ｍ ｅｈ ｉ ｍ ｎ ｏｒｖ ｉ
Ｂ ｔｔ ｐ ｌ ａ ｏ ｅｅｏ ｍ ｎ ｓｌ ｉ ｄ，ｅａ ｓ ｆａ ｋｎ ｆ ｏｒｓ ｎ ｉｇｄｓｇ ｈ ｏｙ Ｂａｅ ｎｔｅａ ａ ｓｓｏ ｅｉｖｒｅｍａｌ — ｕ ｓａｐｉ ｔｎ ｄｖ ｌｐ ｅ ｔｉ ｉ ｔ ｂ ｃｕｅｏ ｃｉｇｏ ｒｅｐ ｄｎ ｅｉｎｔｅｒ ， ｓ ｄｏ ｌ ｉ ｆｔ ｎｅｓ ｇ ｅ ｉ ｃｉ ｍ ｅ ｌ ｃ ｏ ｈ ｎ ｙ ｈ ｌ
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磁致伸缩位移传感器mts攻关成果
三、现状调查
为了确定我们的攻关目标，我们对2008年
8月至2009年8月出现的问题进行了深入细致的
调文本查分类具体文情本况见下表：文本
文本
300
250
200
高温 150
松动 进水 100 进油
50
0
四、原因分析
点检的细致程度
设备靠近热源
各运动部件动作频繁
安装MTS的密封性
不利于散热降温
M
T
S
加强点巡检， 提高员工技能 及时发现问题 解决问题
要求三班人员 每班排水三次 安装自动排水 设施
定期更换油气 分离器滤芯， 安装前置式过 滤器分离油份
2008.11 2009.5 2009.7
于辉
于辉
辜幼川 李浩
八、对策实施
全员理论调研 整改方案提出，多方确认反复修改论证
设备采购制作及作业施工 试运行，整改，最终使用达标
完成时间 负责人
2008.8
辜幼川 李浩
接头松动 及时紧固 2
避免因接头松 动报警，报警 次数小于5次/ 月
进水 3
安排三班 人员及时 排水，安 装自动排 水设施
减少因进水导 致MTS报警、 损坏小于1次/ 月
进油 4
增加油气 进油导致MTS 分离设备， 报警、损坏次 提高油气 数小于1次/月 分离效率
硕士
组长
本科 副组长
硕士
组员
大专
组员
大专
组员
大专
组员
二、选题理由
7.63m焦炉四大车所有液压系统动作由位移传 感器MTS反馈信号进行控制，这些控制信号是整个 四大车联锁控制条件运文行本 的重要参数依据。由于 MTS的电器元件对温度高度敏感，当累积温度超过 120 ℃时将频繁报警，长期报警将导致MTS 报废。 而MTS传感器为进口件价格较高、到货周期长。如 不解决文本MTS稳定工作的难题将严重制约7.63m焦炉达 产、稳产。
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对新的测试模型进行 性能估计
研究对象：MTL浮球式磁致伸缩位移传感器外观
传感器详细结构
该传感器的结构主要包括：波导丝、检测线圈、带磁浮 球、防护套管、末端阻尼、回路导线等主要部分。
传感器测量原理
激励信号模块设计 激励方案一：NE555模块
实验结果
激励信号模块设计 激励方案二：STC89C52单片机
周期1ms，脉宽5 s
从42个实验中选取几个实验作对比
周期10ms，脉宽2 s
从42个实验中选取几个实验作对比
周期10ms，脉宽10 s
从42个实验中选取几个实验作对比
周期10ms，脉宽20 s
最终确定用周期为20ms，脉宽为2 s
的激励信号，来进行标定实验。
标定实验（P41-P50）
单位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 （cm）
2
1组 2组 3组 4组
10
6组 7组 8组 9组
20
11组 12组 13组 14组
800 5组 10组 15组
第一组实验
激励脉冲信号为周期1ms，脉宽2 s
带磁浮球位于量程最左端
带磁浮球位于量程最右 端
第六组实验
激励脉冲信号为周期1ms，脉宽10s
带磁浮球位于量程最左端
带磁浮球位于量程最右端
实验对比结论（P13-P17）
21.30
1800
20.35
1600
实验结果
激励信号模块设计 激励方案三：STM32芯片
实验结果
激励信号放大模块
激励波导丝需要一个窄脉宽、高幅值的脉冲信号，现拟 采用L298N模块，将STM32发射的脉冲信号幅值放大
L298N信号放大模块
回波信号放大电路
在波导丝的感应线圈中，采集到的回波信号十分微弱， 设计了一个二级放大电路。由两块AD812运算放大器串联而 成。
方案二系统运行实验
两种方案对比
方案一
方案二
优点 传感器结构稳定， 量程长，可实验
干扰少
数据多
缺点 量程短，实验数 系统不稳定，干
据少
扰因素多
结论
选用方案一
选择合适的激励信号（P25-P40）
周期(ms) 1 10 20 50 100 200 500 脉宽(μs)
1
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.6
2
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
5
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
10
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
20
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
22
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7
从42个实验中选取几个实验作对比
8.00
标定结果
第三组（cm） 时间间隔点
21.30
1600
20.35
1600
19.30
1600
18.25
1600
17.20
1600
16.20
1600
15.10
1600
14.10
1600
13.10
1600
12.10
1800
11.10
1600
10.00
1600
9.00
1600
8.00
1600
第四组（cm） 时间间隔点
压电薄膜感受机 械应变
电荷信号放 大供PC采集
新模型的两种测试方案
方案一
在原传感器结构上 进行改造
方案二
脱离原传感器，自 行搭建测试系统
测试系统方案一
1 磁致伸缩传感器、2 PVDF压电簿膜、3 L298N、 4 AD卡、5 STM32芯片、6 二级放大电路
测试系统方案二
测试系统方案二
1 STM32芯片、2 夹持机构和带磁浮球、3 波导丝、 4 L298N、5 PVDF压电簿膜、6 二级放大电路
第一组 8.00
9.00
10.00 11.10 12.10 13.10 14.10 15.10 16.20 17.20 18.25 19.30 20.35 21.30
第二组 8.00
9.00
10.00 11.10 12.10 13.10 14.10 15.10 16.20 17.20 18.25 19.30 20.35 21.30
压电薄膜电荷信号放大方案对比
共同点 优点 缺点 结论
方案一：电荷放大器 方案二：二级放大电路 （AD812）
均能实现信号放大
模块现成，稳定性高 放大倍数较大，易于发 现规律，信号图形直观
放大倍数不够，难以 发现
模块需自行搭建
选用方案二
STM32发 射脉冲
新模型的测量原理
脉冲信 号放大
激励波导丝 产生应变
纸巾擦拭波导丝表面→在波导丝粘贴处用丙酮清洗剂 清洗→用纱布打磨波导丝使表面光滑→待丙酮挥发→用502 粘贴剂粘贴压电簿膜
压电簿膜监测系统
脉冲信号 激励波导
丝
激励脉冲 产生的环 形磁场与 浮球的纵 向磁场相
遇
波导丝发 生机械应 变并产生 扭转波
压电薄膜 感应扭转 波后输出 电荷信号
电荷信号 放大后供 PC采集
s 由以上实验最终确定后续实验波导丝的激励脉冲信号为周
期100 ms，脉宽为2
。
带磁浮球位于量程最左端
带磁浮球位于量程最右端
新的测试模型：压电簿膜作为敏感原件
由原传感器测量原理可知，在测量过程中，波导丝 会发生机械应变产生扭转波，故提出猜想，选用压电簿膜来 感受该机械应变，采集扭转波信号
压电簿膜粘贴工艺
论文目录
第1章 绪论 第2章 磁致伸缩传感器工作原理 第3章 磁致伸缩传感器测试方案设计 第4章 基于压电簿膜的新测试模型 第5章 对比分析实验结果 第6章 总结与展望
本设计的研究方法
设计传感器的激励 方案
设计检测信号的放大、 显示、采集方法
对原传感器进行基 础研究实验
提出新的测试模型，采用 压电薄膜作为敏感元件
缺实物图
STM32发射 不同脉冲
测试系统组成
脉冲信号放 大模块
激励波导丝
回波检测信 号二级放大
示波器实时 显示
1磁致伸缩传感器、2二级放大电路、3 STM32芯片、4 L298N、5 示波器、6 供电 电源
选择合适的激励脉冲信号
采用控制变量法，做了15组实验
周期(ms)
1
脉宽(μs)
50 100 200
第三组 21.30 20.35 19.30 18.25 17.20 16.20 15.10 14.10 13.10 12.10 11.10 10.00 9.00
8.00
第四组 21.30 20.35 19.30 18.25 17.20 16.20 15.10 14.10 13.10 12.10 11.10 10.00 9.00