基于磁敏角度技術(shù)的拉線(xiàn)式位移傳感器的設計與應用

0 引言
傳統的拉線(xiàn)式位移傳感器采用電位器式位移傳感器，它通過(guò)電位器元件將機械位移轉換成與之成線(xiàn)性或任意函數關(guān)系的電阻或電壓輸出。普通直線(xiàn)電位器和圓形電位器都可分別用作直線(xiàn)位移和角位移傳感器。但是，為實(shí)現測量位移目的而設計的電位器，要求在位移變化和電阻變化之間有一個(gè)確定關(guān)系。電位器式位移傳感器的可動(dòng)電刷與被測物體相連，物體的位移引起電位器移動(dòng)端的電阻變化。阻值的變化量反映了位移的量值，阻值的增加還是減小則表明了位移的方向。通常在電位器上通以電源電壓，把電阻變化轉換為電壓輸出。傳統的拉線(xiàn)式位移傳感器由于其電刷移動(dòng)時(shí)電阻以匝電阻為階梯變化，其輸出特性亦呈階梯形。如果這種位移傳感器在伺服系統中用作位移反饋元件的時(shí)，則過(guò)大的階躍電壓會(huì )引起系統振蕩。因此在電位器的制作中應盡量減小每匝的電阻值。同時(shí)，電位器式傳感器的另一個(gè)主要缺點(diǎn)是易磨損、分辨力差、阻值偏低、高頻特性差，從而導致測量精度的下降。它的優(yōu)點(diǎn)是：結構簡(jiǎn)單，輸出信號大，使用方便，價(jià)格低廉。
基于磁敏角度技術(shù)的拉線(xiàn)式位移傳感器以磁場(chǎng)為傳輸載體，將位移變換轉換為磁場(chǎng)角度位移，同時(shí)，通過(guò)通信接口將位移信號返回給應用系統。

1 總體設計方案
基于磁敏角度技術(shù)的拉線(xiàn)式位移傳感器的功能是將拉線(xiàn)的機械位移換成可以計量、記錄或傳送的電信號，主要由自動(dòng)回復彈簧、輪轂、磁鐵以及數據處理單元等部分構成，結構如圖1所示。

由圖1可以看出，該基于磁敏角度技術(shù)的拉線(xiàn)式位移傳感器主要由6部分組成，改變傳統的拉線(xiàn)式位移傳感器接觸式、易磨損、高頻特性差等缺點(diǎn)，基于磁敏角度技術(shù)的拉線(xiàn)式位移傳感器以磁場(chǎng)為媒介，將機械位移變化轉化為磁場(chǎng)角度變化，一方面解決傳統拉線(xiàn)位移傳感器的接觸方式，另一方面減少了磨損、提高了系統高頻特性，從而確保位移檢測精度。數據處理運算器，用于對接收到的磁敏角度信號通過(guò)數學(xué)模型運算為拉線(xiàn)的位移信號。通信接口，通過(guò)通信接口與應用系統的設備進(jìn)行通信，接收來(lái)自應用系統設備的命令并將采集到的位移信號反饋給應用系統。從而提高了數據采集精度、穩定性和可靠性，降低了位移傳感器的應用門(mén)檻。
各個(gè)部件功能描述如下：
(1)拉線(xiàn)的鋼繩纏繞在輪轂上，輪轂與一個(gè)磁鐵連接在一起，當拉線(xiàn)產(chǎn)生位移的時(shí)候，帶動(dòng)輪轂的轉動(dòng)，輪轂的轉動(dòng)造成與輪轂的軸連接的磁鐵轉動(dòng)，從而磁鐵的磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)變化的角度。拉線(xiàn)運動(dòng)發(fā)生的時(shí)候，自動(dòng)回復彈簧確保拉線(xiàn)具備一定的張力，確保拉線(xiàn)的位移與磁敏角度的比例關(guān)系。
(2)磁敏角度感應器與磁鐵安裝在同一中心軸，用來(lái)感應磁鐵角度的變化，選用一種微處理器，該處理器讀取磁敏角度信息，并通過(guò)建立數學(xué)模型，將磁敏角度運算為拉線(xiàn)的位移。