[发明专利]一种磁致伸缩位移传感器装置、系统及校准方法

权利要求书

1.一种磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，包括测杆、位置磁铁和校准装置；所述测杆内设有金属保护套管，所述金属保护套管一端设有检测线圈另一端设有非金属压螺，所述测杆对应检测线圈的一端设有测量电路板，所述金属保护套管内设有波导丝，所述波导丝一端穿过检测线圈与测量电路板连接，另一端设有消回波装置并固定在非金属压螺上，所述波导丝末端通过引线与金属保护套管连接，所述位置磁铁与校准装置安装于测杆上，所述位置磁铁沿测杆长度方向自由滑动，所述校准装置设于测杆上固定位置。

2.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，所述测量电路板通过基座固定在测杆上，所述基座通过螺钉与测杆连接。

3.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，所述金属保护套管沿长度方向，间隔一定距离设有尼龙粘扣带，所述金属保护套管包有热缩套管。

4.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，所述波导丝上沿长度方向均匀设有限位件。

5.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，所述测杆的外部设有防护外壳，所述测杆一端的外部设有电缆接头，另一端设有堵头。

6.根据权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器装置，其特征在于，所述校准装置包括定位螺钉、安装座、端盖和磁钢，所述安装座上开设有4个磁钢安装孔，使用其中一个安装孔安装磁钢，所述磁钢和端盖与安装座粘合为一整体，所述定位螺钉将校准装置固定于测杆上。

7.一种磁致伸缩位移传感器系统，其特征在于，所述系统包括：

微控制器：用于协调各模块工作，读取测量数据进行数据处理，输出测量结果；

时间测量模块TDC：用于以p秒量级的分辨率精确测量时间间隔；

问询脉冲模块：用于在波导丝上加载问询脉冲；

模拟信号处理模块：用于将线圈接收到的回波信号进行放大、阈值比较及整形，以进行后续的数字处理。

8.一种磁致伸缩位移传感器校准方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

测量电路在波导丝上发送问询脉冲，同时启动时间测量模块TDC开始计时；

检测线圈首检测到位置磁铁处传回的回波，读取此时时间测量模块TDC的时间测量结果t_tm；

检测线圈检测到校准磁铁处传回的回波，读取此时数字转换芯片的时间测量结果t_tc；

获取两次时间测量结果后，通过微控制器基于校准算法输出最终测量结果。

9.据权利要求8所述的磁致伸缩位移传感器校准方法，其特征在于，所述问询脉冲为脉宽为微秒量级的电流脉冲，所述问询脉冲发送后延时t₀时间后再进行回波信号检测，消除检测线圈的暂态响应对测量的影响。

10.据权利要求8所述的磁致伸缩位移传感器校准方法，其特征在于，所述微控制器的算法如下：

传感器在发送一次问询脉冲后，分别获得位置磁铁处时间测量结果t_tm与校准磁铁处时间测量结果t_tc，时间测量结果与实际位移之间有如下对应关系：

x_m＝x_c-c_w·t_tm

x_c＝c_w·t_tc

其中c_w为回波信号在波导丝中传播的速度，x_c为传感器校准装置校准值，x_m为待测位移值；由此可得

由于在传感器末端增加了位置已知的校准装置，在每次测量过程中，测量电路均可对传播速度c_w进行校正，从而消除由于传播速度c_w变化而引起的测量误差；进而待测位移x_m可由下式表达：

通过在同一次问询脉冲发送过程中先后测得的t_tm与t_tc即可由上式获得待测位移x_m。