液压支架电液控制系统的推移主要靠安装在千斤顶内的位移传感器来控制。该位移传感可以检测千斤顶的活塞行程，进而掌握工作面的推进速度和累计推进量，以便准确制定工作计划和推算煤炭产量。位移传感器的精度和可靠性，对整个综采面的自动化有的至关重要的作用。而传统的位移传感器是用若干个干簧管排列分压原理设计，精度和可靠性都很低。利用磁致伸缩原理设计高精度位移传感器，解决传统干簧管式位移传感器在使用存在的问题，使传感器可适应井下恶劣环境，提高液压支架推移精度、可靠性及智能化程度，推进采煤工作面自动化。

1、Modbus通信协议发展

Modbus通信协议广泛应用于PLC、组态软件、分布式IO模块、传感器等，不同厂商设备只要符合Modbus通信协议，均可进行联网，进行集中采集。Modbus网络是一种主从关系网络，在同一个网络中，只可存在一个主站，主站负责发送采集命令，采集命令中包含从站地址信息，从站接收到命令后，判断是否与自身命令相同，地址相同就根据功能码响应主站命令，地址不相同则继续保持接收状态，等待下一个命令。Modbus协议设备具备以下优点：①协议广泛应用，普遍性高；②网络结构简单，施工维护简单；③协议简单易懂，方便系统接入，二次开发效率高；④技术成熟，可靠稳定。

磁致伸缩位移传感器基本原理，主要由电子电路、波导线、磁铁、拾能机构等组成。其基本测量原理：开始电子仓内部电路发送一个电流激励脉冲，在沿着波导丝方向形成一个安培环形磁场，该磁场与套在波导丝上的永久磁铁磁场相遇，在磁场正交点波导丝发生磁致伸缩效应，产生一个扭转波并以2833米/秒向波导丝两端传播，沿电子仓方向的扭转波被拾能机构转换为电信号，电子仓内部电计算出返回信号与激励信号的时间差，再乘以传播速度得出磁环实际位置，从而完成精确测量。只要磁环位移发生变化，返回信号时间差就会改变，从而计算出当前位置。由于输出信号是一个真正绝对值，故不必像其他位移传感器一样需要定期重标，维护简单。

2、相关功能测试

2.1 非线性度测试

①测试要求：将磁致伸缩位移传感器安装在线性测试台，保持传感器水平。用SONY磁栅尺线性度标定台测量磁尺线性度，在量程范围内测试样机非线性，取11个点各进行2次测试。先把位移传感器安装在线性测试台，保持传感器水平，定顶部位包括前端固定。

②测试设备：TPR3005-3C直流稳压电源、磁栅尺线性度标定台、数字万用表。

③判定标准：非线性度≤±0.2%FS或1mm(以最大为准)。

④测试结果：下表为非线性测试得到的结果数据，可以看出，非线性度均符合要求。

2.2 跌落测试

①测试目的：测试位移传感器在不同高度跌落后的电气性能。

②测试方法：传感器从1米高起点为水平跌落至水泥地，以0.2米高度递增，每个高度跌落次数3次，每个高度跌落完成后取11个点进行测试，分别记录输出信号和工作电流。

③测试数据：图5-12、图5-13、图5-14、图5-15分别是对1#、2#、3#、4#号传感器试验测试数据。

④测试结果：1#传感器通过4米跌落后，信号输出正常，工作电流与跌落前比较，基本没变化； 2#传感器做完4米跌落后，信号输出不正常，工作10.27mA。综上所述可知1#和4#传感器能通过4米高度的跌落试验，2#传感器在3.4米跌落时，出现损坏。3#传感器在4米跌落时，出现损坏。

2.3 浸水测试

①实验对象：3台矿用磁致伸缩位移传感器。

②实验目的：将3台传感器通过插座线与插头对接好并锁紧 (保证密封性)，再将其倒置(出线端朝下)放置泡水容器内，使连接线保持在水面以上(其中15100014泡水深度0.9m，15100012、15100011 泡水深度1.1m)，分别测试3台传感器电源正与地、地与信号端阻抗值、输出信号，每天至少测试并记录一次数据，连续记录20天。

③实验结果：经过20天的泡水试验传感器绝缘度未发生下降，信号输出正常。

2.4 上电电流测试

①测试目的：测试煤矿用位移传感器上电瞬间电流。

②测试方法：在磁尺电源地串接入一个1Ω电阻，用示波器测量电阻波形并进行分析。

③测试结果：下图为电电流波形图，瞬间电压峰值为0.13V，瞬间电流为 I=0.13/1=0.13A，从峰值降到零伏的持续时间为1.2ms左右。

3、Modbus通讯验证

为验证产品符合Modbus RTU通讯方式，使用组态软件进行测试，采用北京昆仑通态触摸屏主站，利用昆仑通态嵌入式组态软件对触摸屏进行组态设计，从站为基于Modbus协议煤矿液压支架用磁致伸缩位移传感器。位移传感器与触摸屏均能正常通信，且上传数据稳定可靠。参数配置如下：

①配置Modbus主站；

②设置串口父设备的参数：波特率、数据位、停止位、校验位，这些参数必须跟从站设备一致；

④在串口父设备上，添加Modbus设备；

⑤设置Modbus设备的地址，通讯时间，通讯地址必须跟从站一致；

⑥设置功能码以及寄存器地址，从站设备支持03功能码(读取保持寄存器)，寄存地址为0x0004，0x0005(16进制)。

4、结 论

本文通过搭建试验平台对位移传感器进行电磁兼容测试、跌落试验、非线性度测试和泡水试验。数据表明磁致伸缩矿用位移传感器精度、可靠性都高于传统干簧管测控杆，完全满足在矿下使用。欢迎来电咨询！