[发明专利]一种改善磁致伸缩导波测距盲区的信号跟随方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁致伸缩导波位置测量技术领域，具体地说是一种改善磁致伸缩导波测距盲区的信号跟随方法及装置。

背景技术

弹性波脉冲沿着波导管传播，在铁磁导体磁场位置产生一个电压，这一现象很早就被人们所知晓(Hristoforou,E.;Niarchos,D.A coily magnetostrictive delay line arrangement for sensing applications.Sensors and Actuators A91(2001)91-94)。相反，如果导体内传播的是电脉冲，当该脉冲和磁场相互作用的时候，将会出现一个扭转效应，这个现象一般被称之为wiedemann效应(A.F.Cobeno;A.Zhukov.Air-flux magnetoelastic sensor based on inverse Wiedemann effect of amorphous ribbon.Sensors and Actuators A106(2003)174–178)。迄今为止，只要测量装置有意识地使用基于wiedemann效应的模态转换器在导波丝的一端（永磁体的可变位置处）产生扭转弹性波脉冲，其位置就被由此产生的电脉冲所确定了。虽然弹性波脉冲既可以是纵模态也可以是扭转模态，这依赖于产生脉冲的传感器单元。对于采用纵模态脉冲的磁致伸缩传感器，便于构建。但扭转脉冲的传播特性要比纵模态优越的多，因此，实际应用中多采用扭转导波丝。也因为现有的所谓的可将纵模态脉冲转换成扭转脉冲，这种优先选择延迟线的扭转模态也因为被进一步鼓励使用。

更具体地讲，沿着导波丝传播的弹性波脉冲和永磁体相关的永磁场的相互作用，在铁磁性导波丝内产生一个电压脉冲，因为声脉冲是以固定的速度传播，此速度依赖于导波丝的剪切模量和密度，所以这个脉冲可用来测量脉冲发射转换器和可变永磁体之间的距离。

一般地，导波丝需置于中空的护套管中，连同激励与后处理电路封装，之后将其固定，再将位置指针与被测移动件连接。例如在储油罐油位监测中，磁致伸缩位置传感器被用于确定固定尺寸内的腔体内的液体体积变化。浮子被设置在液体的顶端且环绕或侧放在中空的导波管上。浮子携带环形指针，其产生的静态磁场和导线内产生的磁场相互作用，激励出弹性波被接收换能器转换成电信号，以此确定浮子相对基准的位置。

激励脉冲在接收线圈内产生电磁信号，扭转弹性波在线圈内产生位置信号。电磁信号的幅值和振荡时间范围远大于导波信号。且电磁信号位置固定不动，而导波信号随着位置磁体的移动而变化。当两信号距离较远时，信号清晰可辨。当导波信号与初始靠近的时候，导波信号将被电磁信号所淹没，无法对导波信号（即磁体的位置进行辨识），由此形成测量盲区。这一现象决定了磁致伸缩位置传感器的最小量程。为此减小或消除检测盲区，对改善磁致伸缩位置传感器性能来说非常重要。如果该传感器的盲区为500mm，那么在油位检测时，储油罐底部500mm范围内的油位都将无法实时测定，整个储油罐里的油品体积也将无法测得。所以研究开发改善磁致伸缩位置传感器盲区的检测装置，具有广泛的应用市场，很高的实用价值，经济价值与社会效益。

传统的方法是采用模拟电路，通过阻抗匹配减小接收换能器里因为激励脉冲产生的振荡时间。这一方法直接、有效。但不能完全消除盲区，而且更为重要的是处理电路复杂，在产品制造时，需要各零部件，各参数尽可能的一致，比如导波丝长度、直径、电导率、磁致伸缩率，线圈阻抗等等因素必须严格一致，否则匹配电路的参数需要随之调整，这大大增加了成本为制造维护的复杂度，维护性差，装配调试操作不便，可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种改善磁致伸缩位置传感器检测盲区范围的方法和装置，其有效减小检测盲区，扩大了测量范围。

一种改善磁致伸缩导波测距盲区的信号跟随方法，涉及的导体由主导波丝和副导波丝通过连接导线相接而成，该方法具体为：

（1）信号激励源产生激励电脉冲；

（2）主导波丝上运行有激励电脉冲产生的电磁信号和导波信号，采集由该电磁信号和导波信号构成的合成信号；

（3）合成信号通过连接导线传输给副导波丝，传输过程中经过连接导线两端与主、副导波丝的相接点的反射，衰减掉合成信号中的导波信号，使得副导波丝上仅有电磁信号，采集副导波丝的电磁信号；

（4）对采集的合成信号和电磁信号做差分运算以滤除电磁信号，差分运算结果即为盲区改善后的信号。