對磁致伸縮位移傳感器的研制進行了分析，
研制中涉及的關鍵技術有：
（1）大電流周期激發電路的設計；
（2）微弱信號的檢測、信號的濾波、放大、電壓比較、峰值檢驗波、電壓限幅等一系列電路的設計；
（3）基于單片機的高精度時間量測量。技術要求：測量范圍0～8cm，精度0.1mm。測量范圍不是很大，主要是受到實驗所用波導鋼絲本身長度的限制。
1 位移傳感器的原理
磁致旋轉波位移傳感器，如圖1所示。除位置磁鐵外，所有其他元器件都安裝在傳感器殼體內，組成傳感器的主體。位置磁鐵通常裝在一個運動部件A上，而傳感器主體則裝在一個固定的部件B上。
傳感器工作時，電子信號和處理系統發給磁致波導鋼絲間隔為T的激勵脈沖電流ie該脈沖電流將產生一個圍繞波導鋼絲的旋轉磁場。位置磁鐵也產生一個固定的磁場。根據Widemanm效應，金屬隨其瞬間變形產生波導扭曲，使波導鋼絲產生磁致彈性伸縮，即形成一個磁致旋轉波。磁致旋轉波的傳播速度為
式中：G為波導管的剪切彈性模量；ρ為波導管密度。
由于G和ρ均為恒定（對于一定的波導管來說）的，所以傳播速度也恒定。經過計算該旋轉波沿著波導鋼絲以2800m/s的速度向兩邊傳播。當它傳到波導鋼絲一端的波檢測器時被轉換成電信號ua·通過測量磁致旋轉波從位置磁鐵傳到波檢測器的時間tL就能確定位置磁鐵和波檢測器之間的距離。這樣，當部件A和B產生相對運動，通過磁致旋轉波位移傳感器就可以確定部件A的位置和速度。
在波導鋼絲的另一端，磁致旋轉波將通過減波元件被大大削弱，以避免反射的波形對測量精度造成影響。波反射器是用于改善電信號ua的波形和加強電信號的大小。
2位移傳感器的結構
根據這個原理，設計了總體的電子信號系統方案來檢測這個磁致旋轉波并送人到MCS51微型計算機處理。數字信號處理系統如圖2所示。
(1)產生一個周期激勵脈沖電流，該脈沖輸入波導鋼絲，以便圍繞波導鋼絲形成一個周期脈沖磁場。該脈沖的周期和寬度應通過微處理器編程來調節。為了獲得較強的脈沖磁場，激勵脈沖應具有足夠的能量，即足夠的電流。
(2)模擬信號處理，對從波檢測器（檢測線圈）輸出的位置脈沖信號進行濾波和放大，以便比較處理。
(3)對放大后的位置脈沖信號進行零位或峰值檢波，以便確定位置脈沖信號從位置磁鐵傳到檢測線圈的時間。
(4)時間測量和信號處理（數字或模擬信號處理）。
(5)位置信號輸出（數字電流和電壓，模擬電流和電壓）。
3傳感器性能指標測試及結果
為了給傳感器系統進行定標，搭建了測試平臺。測試平臺由傳感器主體、位置磁鐵、螺旋測微器、印制電路板、LCD、FDPS-50BA型電源（輸人220V，輸出±15V,5 V)組成。
在搭建的平臺上面對傳感器的性能進行測量，主要包括傳感器的線性度，遲滯和重復性。
3.1傳感器線性度
測量：在傳感器測量整個0～80mm范圍內，旋動螺旋測微器分別每隔5mm記一組數據，位置磁鐵相應移動，連續取測量數據20組，如圖3。
線性度的指標公式為
式中：el為非線性誤差（線性度）；△max為*大非線性優良誤差；YFS為輸出滿量程。
從圖3可知，采用*小二乘法擬合直線的斜率為0.992，直線方程為Y= 0.15784＋0.992X，因此在0~80mm范圍內的線性度為0.387％。
3.2傳感器遲滯
將螺旋測微器在傳感器的正反兩個方向量程內來回移動，測量范圍為0～80mm，測到的數據如圖4。其中有正向測量和反向測量數值（每隔5mm測量1次），以及正反方向測量的差值△H。
由遲滯誤差公式
式中△Hmax為正反行程輸出*大差值。
從圖4知，△Hmax=0.41，而rH＝0.256％。
3.3傳感器重復性
圖5是傳感器在正行程和反行程測量各測2次的數據，其中還計算了重復性偏差。根據式（2）可計算出0～80mm滿量程的重復性誤差指標el=±0.287%.。
3.4傳感器其他靜態特性
3.4.1傳感器的分辨力
經過測試系統測試，移動螺旋測微器±0.056mm，傳感器LCD顯示值改變±0.056mm。
3.4.2穩定性
在測試時，將傳感器設定在一固定點，然后分別在4h讀取數據1次，測得值分別為31.62 mm, 31.56 mm,31.56nm,31.62mm。穩定性誤差為0.06mm。傳感器通、斷電幾次后在此位置讀數，仍舊為31.62，驗證了磁致伸縮傳感器不受掉電影響。
溫度穩定性是指傳感器在外界溫度變化下輸出量發生的變化。測量傳感器溫度穩定性時，分別在房間溫度為15℃和室外溫度為1℃測量，讀數變化為0.06 m，即溫度穩定性誤差為0.06 mm。
3.4.3測試系統靈敏度
移動螺旋測微器0.05mm，測到傳感器LCD屏上變化0.056mm，此測試系統的靈敏度為1.12。
綜上，經過實驗測得傳感器的靜態特性，可知傳感器的線性度為0.387%，遲滯誤差為0.256%，重復性誤差為±0.287%,分辨力為0.056mm。磁致伸縮位移傳感器的自身精度很高，理論可以達到μm級，現在實際分辨力只有0.056mm。
4結束語
在搭建的平臺上對磁致伸縮位移傳感器進行了進一步的誤差分析。誤差主要還是在傳感器的一些性能指標上。磁致伸縮傳感器的主體部分及位置磁鐵開發與研制，經實驗測試，結果理想，位置磁鐵在傳感器不同的位置都有一不同的信號反＿映。信號處理電路中占空比可調的脈沖激發控制信號電路部分設計，經實際的電路調試結果理想。脈沖激發電路用不同方案設計并綜合考慮到實際電路實現，在ORCAD上模擬效果理想。進一步提高精度有幾種方案。比如用DSP芯片來測量位移。40MHz的TMS320LF2407型DSP芯片，時鐘周期t=1/40M=25ns,DSP無需分頻，則位移分辨率為70μm,也可以用復雜可編程邏輯器件（CPLD），它具有使用靈活、可靠性高、功能強大的優點，CPLD可實現系統編程，而且能重復多次，使用CPLD器件進行開發，不僅可以提高系統的集成化程度、可靠性和可擴充性，而且還可大大縮短產品的設計周期。磁致伸縮位移傳感器技術必將廣泛應用于我國的各項工業領域。
