磁致伸缩位移传感器干扰信号的抑制研究

作     者：张耀松 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙英

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：磁致伸缩位移传感器 干扰信号 反射波电压 阻尼 夹紧力 振动干扰 

摘      要：磁致伸缩位移传感器具有测量精度高、结构精巧、安装简便和使用安全可靠等优点,在精密测量领域发挥着重要作用。但磁致伸缩位移传感器使用时会受到反射波干扰、脉冲电流干扰以及外界振动干扰的影响,不利于传感器的测量准确性和工作的稳定性,干扰信号严重时甚至会导致传感器失效,给工业生产带来极大的影响。针对上述各种干扰带来的问题,本文从传感器输出特性的影响因素出发,通过分析阻尼的弹性压力与波导丝扭转的关系、夹紧力与波导丝磁致伸缩的关系并结合受迫振动模型,分别研究了阻尼装置、夹紧装置作用下的反射波电压的变化情况以及振动干扰和脉冲电流信号对磁致伸缩位移传感器的影响。基于阻尼粘弹性理论及魏德曼效应,结合阻尼的弹性压力与波导丝扭转的关系,构建了阻尼作用下的反射波电压模型。根据电压模型理论分析了阻尼的直径、长度和邵氏硬度三个参数对反射波电压的影响,并搭建了实验平台进行实验验证,最后得出了抑制反射波电压的阻尼参数最佳选择范围,提高了传感器的测量准确性。基于波导丝的非线性本构模型和磁致伸缩逆效应,结合波导丝受到夹紧力与波导丝应力的关系,研究了夹紧力对波导丝磁致伸缩和输出电压的影响,构建了夹紧力作用下磁致伸缩位移传感器的反射波电压模型,通过模型分析了夹紧力作用下的输出电压有效信号和两端反射波电压的变化情况,并进行了实验验证。经过理论计算与实验结果对比发现,当波导丝在不同位置受到夹紧力时,输出电压有效信号和反射波电压都会受到影响,但当给传感器固定端附近施加适当大小的夹紧力时,基本上能够完全消除反射波电压信号,极大的提高了传感器的测量准确性和工作稳定性。基于受迫振动理论及材料力学,理论分析了振动干扰对波导丝长度和波导丝磁致伸缩系数的影响,仿真分析了振动干扰对波导丝螺旋磁场的影响。根据振动干扰下上述参数的变化,可以分析出振动干扰对磁致伸缩位移传感器输出电压的影响情况,通过理论分析发现改变波导丝谐振频率可以减小振动干扰对波导丝的影响。最后分析了脉冲电流信号干扰带来的影响,并介绍了抑制脉冲电流干扰影响的方法。本文对反射波电压、外界振动和脉冲电流信号干扰造成的影响进行分析,并针对这三种干扰信号进行了抑制研究,提高了磁致伸缩位移传感器的测量准确性和工作的稳定性,可以为研究性能更加优良的磁致伸缩位移传感器提供一些理论参考。