潘昌东
江门市润宇传感器科技有限公司，广东 江门 529100
摘要：如今社会水平在不断提升，科学技术呈现出飞速发展的趋势，传感器以及网络均得到了较为显著的进步，传感器本身应用领域不断扩张，在这之中，磁致伸缩传感器这项技术就是比较具备代表性的一种，它借助磁致伸缩的基本原理完成位移测量，属于新型智能传感器，精度非常高，其分辨率能够达到2μm，同时配备了较多能够直接和计算机设备连接口，有助于开发，满足各种工业环境的实际需求。本文将探究磁致伸缩传感器在几种比较典型的工业环境中的应用发展进行分析，旨在为现阶段发展经验予以总结，为未来发展奠定理论参考。
关键词：磁致伸缩；应用分析；传感器
焦耳发现“磁致伸缩”这一效应存在之后，其始终作为磁弹性领域当中具备较强研究价值的课题之一，通常所说的“磁致伸缩效应”能够被定义成任何材料受到不同磁作用之后发生一定程度的形状、尺寸等变化，与之相应的，“磁致伸缩”材料承受应力时，通常也比较容易出现磁化状态变化，即“逆磁致伸缩”。由于“磁致伸缩”被磁场所影响可能会出现长度上的变化，可以由于位移形成一定的功，还可能会因伸长或者缩短，出现一定的振动波以及声波，把电磁能在短时间转变成声能、机械能等，反过来也可以。所以，磁致伸缩渐渐地被广泛地应用在磁致伸缩的元器件开发过程中。本文将结合磁致伸缩的特征，分析该传感器技术在不同领域的应用。
一、大坝智能化检测领域
针对大坝进行安全检测的工作也呈现出一定的现代化发展态势，对传感器也有了更高的精准度和稳定性上的要求，以期能够针对大坝展开广阔、持续性、即时性的有效监控，为人们能够随时准确了解大坝的性态提供支持，保证随时随地促成最大化工程效益，节省工程投资，避免发生事故隐患等。最近这几年以来，有越来越多的水利单位结合实际情况应用了磁致伸缩传感器，凭借自身独特的优势，迅速占据了相关领域的市场。
整体来说，大坝智能化检测中应用的磁致伸缩传感器，和船舶自动化检测中应用的传感器有一定的相似之处，凭借磁致伸缩效应的独特优势，在位移检测、裂缝检测以及渗流检测中起到了较为积极的影响作用。以常见的位移检测为例，大坝两侧各自取相对于地面呈现静止的点作为参考，并使用参考线连接这两个点，保持和大坝之间的基本平行，形成位移参照物；随后，借助安装的磁致伸缩位移传感器，对二者之间相对位移进行检测即可。传感器固定于大坝上，参考线使用保护管予以保护，避免受到干扰。在大坝出现位移的时候，磁致伸缩传感器内部的磁环测杆发生一定的移动变化，即可在短时间内把测得信号输送至控制室内，运维人员就能够在短时间内获得大坝位移状况并予以处理。
二、船舶自动化监控领域
如今船舶自动化水平有非常明显的提升，计算机监控也在船舶中得到了广泛应用。通常来说，应用在船舶上的自动化监控系统，必须要具备较为便捷的计算机连接方式、较快的数据传输效率以及精度，这显然是和磁致伸缩传感器的特征相互适配的。事实上，在船舶损伤应用磁致伸缩技术，早在上世纪40年代已经有潜艇配备的声呐探测系统中应用的先例，以我国近些年的研究来看，江苏无锡交通学校提出的“智能化磁致伸缩位移传感器”，则是符合我国船舶应用磁致伸缩技术需求的传感器之一，它能够结合磁致伸缩展开较高精度、较长行程的位移测量，其测量范围也十分广阔，是一种比较理想的“非接触”型位移传感器，并不会发生明显的摩擦以及磨损问题。
参考国内外的相似传感器应用情况，江苏无锡交通学校提出的“智能化磁致伸缩位移传感器”，能够较好地满足工业自动化、液压缸体等对于物体位移有较为精准的测量需求，并且能够实现测量数据同步进入计算机的目的。
这一传感器内部结构主要涵盖主体外壳、使用不锈钢材料制作的测杆、“磁致伸缩”线（也可以称作“波导线”）、可以随意移动的动态磁铁环、计算机组件等，是将磁致伸缩原理应用到实际中的一种方法，参考示意图（图1），该设备的工作原理主要是参考了两个彼此存在显著差异的磁场的综合作用，并由此形成“应变脉冲”的信号，之后，针对这个信号探测中花费的时间来计算精准位置。两个磁场分别来自传感器外部移动磁铁和内部脉冲发生器电流脉冲，借助“磁致伸缩”线来完成传播过程，令磁场以及磁环固定磁场之间形成“矢量相叠”状态，构成“螺旋场”，形成瞬时扭力，随后，“磁致伸缩”线发生扭动反应，形成强力的张力脉冲。借助脉冲回应所经过的时间和固定速度值，就能够完成外部的移动磁铁发生位移的情况的计算过程。“敏感原件头”和外部移动磁铁一体，并且和实际检测体共同安装，共同组成了“位移传感器”。
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图1 磁致伸缩位移传感器的结构示意图
三、煤炭行业洗煤污水处理系统
一般来说，洗煤污水池澄清过的洗煤废水是能够进行适当的重复利用的，常规煤泥的比重偏大，会沉降到水池的深处，并形成分层面。在传统洗煤废水分离中基本上对人工的依赖性非常大，回收煤泥以及循环用水的工作量非常大，且劳动效率不高，反而造成了不必要的能源浪费问题。为了能够在一定程度上控制成本，并提升处理洗煤污水的效率，可以将磁致伸缩传感器应用到这一环节中，实现高效的自动化运转控制。
在将洗煤废水予以絮凝处理之后，参考煤泥和废水之间的不同比重，将其静置一小时以上，确认自然分层，此时上层的液体就是洗煤污水，下层的半固体即为煤泥。参考流程图（图2），借助泵1，洗煤污水可以转移到集水池中予以二次处理后即可直接投入循环应用（用于再次洗煤）；借助泵2，煤泥则转移到压泥机中予以干燥处理，变成一种煤炭产品直接投入销售获取经济收益。
这一过程中，如果出现了废煤泥界面澄清分层之后比出水口的位置要高的情况，可以开启2泵，将一部分废煤泥先抽出转移，直到传感器中界面浮子下降，再进行废水抽取即可。
择取的磁致伸缩传感器具备较为鲜明的可靠性特征、精准度相对比较高、可以满足洗煤池恶劣环境使用需求的高度安全性。液面以及分界面的液位高度检测工作可以借助一个传感器完成，大大节约若干传感器造成的不便之处。这种磁致伸缩传感器借助浮子配重，满足了界面以及液面的液位高度检测，常规情况下输出液面以及界面的信号均择取4mA到20mA电流信号，有助于信号传输以及PLC处理工作的顺利进行。一般来说对人力有必然性依赖的环节只有系统安全保护的过程，需要结合实际情况，安排专人予以监控，避免发生事故。
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图2 常规洗煤废水池内控制系统示意图
结语：
综上所述，磁致伸缩传感器技术进入到各行各业的实际应用之后，从传统磁性学以及力学领域扩展到了更多的领域中，相信随着时代的发展，磁致伸缩传感器将会获得更加广泛的实际应用。尽管目前还存在着一些包括材料开发速度不足、部分领域中存在分辨度不高等方面的技术性问题，不过，从长远角度来看，开发新材料（尤其是稀土超磁致伸缩的相关材料），都能够为传感器件更新提供支持，令其可以将应用领域进一步扩展到其他的技术领域中，逐渐改善性能，为相关行业提供更加优越的发展方向。
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