磁致伸缩位移传感器具有高精度、高稳定、非接触式测量等优点，在超精密仪器、数控机床、自动化生产中有着广泛的应用。近年来研究者在传统结构的磁致伸缩位移传感器输出电压模型、扭转波衰减特性分析以及结构设计与优化等方面做了大量的研究工作。在某些需要对多位移量进行同步测量的工作场合中，如双挤压结构的压块机、自动化流水线等，传统结构的磁致伸缩位移传感器无法满足测量需求，因此采用多磁环磁致伸缩位移传感器来实现单次多点的位置测量，但由于多磁环传感器各磁环间偏置磁场的叠加，严重影响传感器磁环间的距离测量,如美国MTS多磁环磁致伸缩位移传感器在安装中统一要求两个磁环最小间距为75mm即磁环间测量盲区为75mm这大大限制了磁环间的测量距离。同时磁环间的安装间距问题也在困扰着广大用户。

为解决上述问题，南京理工大学卜雄洙等人，设计了一个多功能磁致伸缩位移测量仪，两个磁环可以进行自我校准，消除环境等因素对测量精度的影响，并实现了多种信号的输出。安世锋等人设计了一种双浮子磁致伸缩液位传感器，不但可以对油罐内界面与液面的双重测量，还可以对传感器周围温度进行测量，以上研究主要针对于双磁环磁致伸缩位移传感器硬件电路的设计与优化，但是对于其磁环间测量盲区的影响因素鲜有报道，特别是双磁环偏置磁场对传感器磁环间测量盲区的影响，因而很有必要开展双磁环偏置磁场对传感器测量盲区的影响的研究工作。

本文首先对双磁环偏置磁场下传感器的输出电压进行分析，建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型，并通过实验进行验证，利用该模型可以通过预测双磁环间距的最小距离，选择合适的磁环进行安装，从而减小双磁环磁致伸缩位移传感器磁环间的测量盲区。

1、双磁环位移传感器的输出电压模型

1.1 双磁环磁致伸缩位移传感器工作原理

双磁环磁致伸缩位移传感器其结构主要由驱动电路、波导丝、环形永磁体、检测装置、阻尼装置等组成。当传感器工作时，脉冲驱动电流到达检测线圈、环形永磁体处，脉冲电流瞬间产生的周向磁场与环形永磁体产生的轴向磁场叠加，形成螺旋磁场。基于魏德曼效应，磁场叠加处会使波导丝产生扭转形变，两个环形永磁体同时工作形成两个扭转应力波并以速度ｖ分别向磁环两侧传播，当检测线圈检测到扭转波信号，线圈两端会产生电压信号。通过采集扭转波传输时间t1、t2即脉冲发出时间与两个扭转波被检测到的时间之间的时间差,环形永磁体与检测线圈之间的距离为S1、S2得到位移传感器两个检测位移量为:S1=vt1_，S2=vt2；波的传播具有独立性，两个扭转波产生后会在传播中相遇，但互不影响。检测线圈可以检测到两个独立的电压信号，从而完成测量任务，传感器两端装有阻尼装置ꎬ可以有效减小反射波的干扰。

1.2 测量盲区产生的原因

由双磁环磁致伸缩位移传感器的测量原理可知要测量环形永磁体与检测线圈之间的距离，需准确测量应力波在永磁体与检测线圈之间的传播时间。目前确定应力波传播时间的方法主要有阈值法和峰值法两种，但两种检测方法的缺点是输出电压幅值的变化会严重影响应力波传播时间的确定，使传感器检测失效。因此输出电压幅值的稳定是准确测量位移的关键。

螺旋磁场下位移传感器输出电压的变化，从中可以发现偏置磁场的变化会严重影响输出电压的变化，双磁环磁致伸缩位移传感器有两个磁环。由于磁环剩磁的存在两个磁环在一定距离内，磁环的剩余磁场强度与另一磁环的中心磁场强度叠加形成的新的偏置磁场ꎬ会导致输出电压变化，从而使传感器检测失效产生测量盲区。

2、结 论

①基于磁致伸缩位移传感器输出电压模型及磁环磁场叠加理论方程建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型计算表明双磁环在不同间距与放置方向下输出电压会有升高或降低的变化；

②磁环规格相同时测量盲区的大小与磁环放置方向无关与磁环偏置磁场的大小有关。磁环偏置磁场强度越小，磁环间的测量盲区越小，磁场叠加影响的电压幅值变化量也越小，当磁环规格为外径36mm，内径24mm，厚度6mm时，磁环偏置磁场强度为3kA/m 的双磁环比磁环偏置磁场强度为5kA/m的双磁环测量盲区小20mm，且电压幅值的变化量小9mV；

③在磁环相互靠近的过程中，输出电压信号会叠加变成新的畸变信号，此时电压输出信号不仅与磁场叠加有关还与信号波形有关，在这个过程中电压变化较大且无法准确预测电压的变化。

综上，在进行实际测量时，应综合考虑传感器各方面要求后，通过计算选择合适的磁环，从而达到测量要求,减小双磁环磁致伸缩位移传感器磁环间的测量盲区。欢迎来电咨询。