mr位置傳感器在電液位置伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

mr位置傳感器在電液位置伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

0位移傳感器在特殊行業(yè)、極端環(huán)境下的應(yīng)用,容易造成高溫隨著能源技術(shù)的發(fā)展，電子區(qū)位系統(tǒng)的應(yīng)用越來越受到重視。我們越來越重視使用的位移檢測元件的檢測精度、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性。一般位置伺服系統(tǒng)中所采用的傳感器常受到安裝空間、環(huán)境等的限制,而且在極端惡劣的工礦設(shè)備中如建筑機械、礦山機械、地下機械、重型機械以及野外環(huán)境中,高溫高沖擊、灰塵和砂礫等條件下,這些傳感器系統(tǒng)工作性能下降甚至無法正常工作。隨著電磁學(xué)和磁性材料研究的發(fā)展,出現(xiàn)了一種新型位移傳感器——MR(MagneticsResistance)位移傳感器。這種基于磁電阻效應(yīng)制成的磁阻式傳感器不但抗油污能力強,抗電磁干擾能力強,而且在高溫強烈沖擊條件下仍然有非常好的可靠性和穩(wěn)定性。目前國內(nèi)在該方面研究還剛處于起步階段,因此對于這種帶有MR位置傳感器的電液位置伺服系統(tǒng)進行研究很有必要。1磁阻式位移傳感器的原理1.1向發(fā)生方向彎曲有些金屬、合金和半導(dǎo)體在外加磁場作用下其電阻會發(fā)生變化,這種效應(yīng)稱為磁電阻效應(yīng)。磁阻效應(yīng)產(chǎn)生的原因是磁場作用時,磁場力作用使載流子移動方向發(fā)生方向彎曲,即外加電場方向的電流分量減小,顯示電阻增大。當半導(dǎo)體僅存在一種載流子(電子或空穴)時,磁電阻效應(yīng)幾乎可以忽略,而當兩種載流子存在時,磁電阻效應(yīng)則很強。圖1表示磁電阻效應(yīng)原理。圖中實線所指方向為電場,虛線所指方向為電流方向,θ表示偏斜的電流方向與外加電場方向夾角(霍爾角)。磁敏電阻的阻值隨磁場強度增加而增加。磁阻式位移傳感器就是利用這個原理工作的,磁敏元件采用InSb和InAsSb為制作材料。1.2活塞桿凹陷如圖2所示為MR位移傳感器工作原理圖,在永久磁石與活塞桿(帶有凸凹槽)之間形成磁氣回路,由于活塞桿的運動,當磁力線穿過活塞桿凹槽時,由于凹槽填充了非磁性材料,使得磁力線偏向凸臺方向,使得凸臺部分磁場強度加強,而凹槽磁場強度減弱,如此循環(huán)往復(fù),凸凹槽使MR元件周圍的磁束將作周期性變化。此時MR元件可以敏感地檢測出此磁場的變化,從而反映出活塞桿的運動?；钊麠U(磁性體,機械結(jié)構(gòu)為碳素鋼)上的溝槽是用非磁性材料填滿的,起到磁標尺的作用。2表面織構(gòu)與磁敏元件的選擇磁阻式位移傳感器芯片由8個磁敏電阻片構(gòu)成,這8個電阻片分為兩組,組成2個電橋,在空間上電橋交叉排列,并且與磁標尺(活塞桿)上連續(xù)凸凹槽對應(yīng),彼此在距離上留有一定空間,由電導(dǎo)線連接,如圖3所示。在加工中,需要選用襯底材料作為磁敏元件的基體,襯底材料可選用陶瓷、微晶玻璃或鐵氧材料,厚度均勻性也有嚴格要求,其誤差為1μm左右。然后在基體上通過真空蒸發(fā)沉淀成磁敏電阻片。3a、b兩電橋輸出如前面所述,8個磁敏電阻片組成兩組電橋,簡化為電橋電路如圖4所示。顯然溫度引起的變化對每個磁敏電阻都相同,根據(jù)電橋理論,輸出電壓與溫度變化無關(guān)。A相輸出為:UAout=U(RA2RA2+RA1?RA3RA3+RA4)UAout=U(RA2RA2+RA1-RA3RA3+RA4)理論上,當磁場不變時有:RA1=RA2=RA3=RA4下面分析當活塞桿向左運動時在不同時刻A、B兩項電橋的輸出,如圖5所示,當活塞桿向右運動時分析方法相同。首先,RA1通過磁場強度弱的地方,即通過活塞桿的溝槽部分,由磁力線分布規(guī)律可知RA1的電阻值增幅很小;當RA1通過磁石與桿的凸起部分時,磁場強度增大,因此RA1的電阻值增幅很大。RA1、RA2排列的間距與活塞桿的溝槽等寬,因此可以認為RA1、RA2的阻值交替上下變化。RA3、RA4的排列與RA1、RA2的排列相同,因此RA3、RA4阻值也交替發(fā)生變化。即當RA1、RA3的阻值增大時,RA2、RA4的阻值相對減小。由理論分析可知RA2、RA3的阻值交替變化,因此A相的輸出UAout為正弦波。對于B相:在制造MR元件時將RB1放置在RA1、RA2的中點,RB3放置在RA3、RA4的中點,且RB1和RB2、RB3和RB4之間的距離也是活塞桿上的槽寬。由A相分析可知,B相的輸出UBout也是正弦波,但由于RB1和RA1相距為1/4節(jié)距,因此,A相與B相信號上也相差1/4節(jié)距。也就是說,UAout與UBout將在相位上相差1/4個周期。這種輸出信號在相位上的超前與滯后關(guān)系,提供了判斷活塞桿運動方向的依據(jù)。同時RA1和RA3、RB1和RB3之間的距離必須是節(jié)距的整數(shù)倍。4信號的濾波、放大、細分MR位移傳感器芯片輸出信號需要進一步作處理,因此需要設(shè)計后續(xù)的信號處理電路。其功能是對傳感器輸出的信號進行必要的濾波、放大、細分等處理。在實際使用中,圖中的磁電阻(MR)片元件、偏置磁鐵