磁致伸縮線性位移傳感器是應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、重復性好、穩(wěn)定可靠、非接觸式測量、壽命長、安裝方便、環(huán)境適應性強等特點 ,被廣泛應用于石油、化工、制藥、食品、飲料等行業(yè) ,特別適用于要求測量精度高、使用環(huán)境較惡劣的位移和液位測量系統(tǒng)中。作為位移傳感器 ,它不但可以測量運動物體的直線位移 ,而且 ,還可同時給出運動物體的速度模擬信號。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量、控制的要求。由于采用非接觸測量方式 ,不會由于磨擦、磨損等原因造成傳感器的使用壽命降低。
在板材成型測試控制系統(tǒng)中 ,要求測量精度在 100 mm之內誤差為 0. 5 mm。應用磁致伸縮位移傳感器來測量控制位移量 ,使測量精度提高 ,控制位移量的誤差減小 ,提高了板材成型的控制精度。
1、傳感器的結構與工作原理
磁致伸縮位移傳感器的結構中有 2個磁場 ,一個來自傳感器外面的活動磁鐵 ,另一個來自傳感器內波導絲中的電流脈沖 ,它使磁致伸縮絲周圍產生一個磁場與 2塊磁鐵產生的磁場矢量疊加形成一個螺旋磁場 ,從而使波導管發(fā)生扭曲 ,并產生一個應變脈沖。由于磁致伸縮材料是采用圓形截面絲 ,根據 Pochhammer的三維彈性理論 ,扭轉波的圓形截面桿中的傳播形式是關于圓柱中心對稱的。
磁致伸縮線性位移傳感器工作時 ,由電子倉內電子電路產生一起始脈沖 ,此起始脈沖在波導絲中傳輸時 ,同時產生了一沿波導絲方向前進的旋轉磁場 ,當這個磁場與磁環(huán)或浮球中的磁場相遇時 ,產生磁致伸縮效應 ,使波導絲發(fā)生扭動 ,這一扭動被安裝在電子倉內的拾能機構所感知 ,并轉換成相應的電流脈沖 ,通過電子電路計算出 2個脈沖之間的時間差 ,即可精確測出被測的位移量。
2、測試系統(tǒng)組成
在板材成型的試驗研究及生產中 ,工件的壓下量也就是凸模行程是一個重要的工藝參數。例如 :板材自由彎曲成型工藝中 ,為了嚴格控制工件的回彈量 ,根據不同的材料不同的彎曲角 ,其凸模下行量也是不同的 ,嚴格控制凸模的位移量 ,可以得到高質量的產品。
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、數字顯示控制儀、數據采集卡、便攜計算機、LabV IEW 測試軟件等組成。采集的信號為凸模行程 H和彎曲力 p, H, p經 LabV IEW 開發(fā)平臺上的數據采集控制程序預測出行程 H0 ,當凸模行程 H < H0時 ,彎曲繼續(xù)進行 ;當 H≥H0 時 , D /A卡發(fā)出信號控制繼電器斷電 ,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 ,要對拉深高度和壓邊力的變化規(guī)律進行嚴格控制。圖 3為板材拉深成型控制系統(tǒng)框圖。測試對象為凸模行程即拉深高度 H, 以及壓邊力Q、拉深力 p,測得的參數經 LabV IEW采集控制程序預測出不起皺、不破裂的拉深高度 H0 和壓邊力控制規(guī)律QC (H) ,通過判斷 H < H0 或 H≥H0 , D /A卡發(fā)出信號 ,液壓系統(tǒng)換向閥換向 ,拉深終止。
3、信號采集模塊與控制模塊的選配
本測試系統(tǒng)采用 LabV IEW軟件編程 ,位移信號采集模塊與控制模塊均根據本系統(tǒng)的要求進行選取設置。
3. 1 模擬輸入模塊
在位移信號采集程序中 ,選用中級模擬輸入“V I2A ISingle Scan”執(zhí)行多通道單點采集 ,該模塊的信道設置選用已經設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 ,設置通道 ,選擇輸入極限 ,并產生一個任務標識程序 ,把任務標識程序和出錯信息傳遞到“W hile”循環(huán)中 ,循環(huán)內調用 “A I Single Scan V I”采集掃描一次的數據 ,這些數據傳遞到“My Single Scan Processing V I”中 。
3. 2 數字輸出模塊
控制模塊調用數字輸出模塊“While to D igital L ine vi”。在該模塊的信道設置選用事先設定的信道“digital I/O”。 H0 為程序中經過計算預測出的行程 , H為磁致位移傳感所測得的瞬時行程。將 H與 H0 進行比較 ,當 H < H0 時 ,條件端子輸入為“True”,循環(huán)繼續(xù)進行 ;當 H≥H0 時 ,條件端子輸入為“False”,循環(huán)停止 ,同時 ,數字輸出模塊輸出一個低電位信號 ,繼電器斷電 ,彎曲終止 ,或換向閥換向 ,拉深終止。
4、測試系統(tǒng)特性曲線與性能改善
對測試系統(tǒng)進行了標定 ,輸入輸出特性曲線中上行曲線與下行曲線線性相關系數均為 0. 9999,線性度滿足測試系統(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 65. 3mV /mm。
設定 H0 為一系列值 ,當滿足 H≥H0 時 ,控制系統(tǒng)發(fā)出信號 ,板材成型終止。此時 ,各執(zhí)行元件的信號會稍有滯后 ,實測值與控制值有誤差。對于此誤差可在預測值中將其消去 ,即 H0 = H′- Δ, H′為預測值 , 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。經試驗驗證 :該傳感器在板材彎曲及板材拉深控制系統(tǒng)的應用中 ,測試控制精度均達到要求。
5、結束語
通過對測試系統(tǒng)進行標定 ,其線性度、靈敏度、分辨力、滯后均在精度要求范圍內 ,控制信號的滯后誤差在行程70～100mm時 ,為 0. 33mm ,在預測值中減去這個誤差 ,使滯后誤差得到消除 ,測試精度范圍及控制反應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場適應性好等特點 ,磁致伸縮線性位移傳感器可推廣應用于金屬鍛造成型、金屬擠壓成型、塑料制品成型等加工工藝的數據采集與控制中。
