此其使用受到一定限制 。内置式主要有 :磁致伸缩效应位移传感器 、

超声波原理的位移传感器 、

利用霍耳或电涡流效应的液压缸位移检测方法等 。其特点是 ,磁致伸缩和超声波式检测方法精
度很高 ,使用方便 ,但结构较复杂 ,加工制造不太容易 ,涉及到传感器耐高压的问题 ,成本也很高 ,
广泛应用于行程较长 、

精度要求高的场合 。但在一些特殊的应用场合 ,如水利工程中控制闸门启

闭的液压缸和舰船中的一些控制装置 ,液压缸的行程特别长 ,上述方法就无法胜任 。一种好的方
法是利用电涡流或霍耳传感器 ,配合液压缸的特殊工艺 ,内置检测其位移 。这种位移检测系统可
集成在液压缸内 ,具有传感器固定不动 ,非接触测量 ,测量范围不受限制 ,相对精度高 ;可做成防
爆型式 ,用于安全级别高的场合 ;检测系统输出为脉冲数字信号 ,可直接与计算机或可编程序控
制器连接等特点 。国外已有产品出现 ,国内还未见同类产品 。本论文以霍耳原理检测液压缸位
移为重点开展研究工作 ,逐步完善此方法的技术细节 ,使它尽快在国内产品化 。

2

　利用霍耳效应测量液压缸位移方法

在一个半导体薄片相对两侧面通以控制电流 I ,在薄片垂直方向加磁场 B ,则在半导体另两

侧会产生一个大小与控制电流 I 和磁场 B 乘积呈正比的电动势 ,这一现象叫做霍耳效应 ,其所产
生的电动势称为霍耳电势 ,所用的薄片称为霍耳元件 。当控制电流不变 ,使传感器处于非均匀磁
场时 ,传感器的输出正比于磁感应强度 ,可反映出位置 、

角度或激磁电流的变化 ,即可用作无接触

位移连续测量或发讯装置 。由于霍耳传感器有着在静止状态下感受磁场的独特能力 ,而且具有
结构简单 、

小型 、

频率响应快 、

寿命长 、

无接触等优点 ,因此在测量技术 、

自动化技术和信息处理等

方面获得了广泛应用 。

图

1

　霍耳传感器测量

液压缸位移原理

本研究应用这一效应测量液压缸位移系统的工作原理如图 1

所示 。首先在活塞杆外表面加工出均匀的环形槽 ,将非导磁性材
料 ,如工业陶瓷等填入凹槽内 ,之后将活塞杆表面重新加工到规定
的尺寸和光洁度 。将霍耳传感器垂直于活塞杆表面固定安放在离
活塞杆轴有一定距离处 ,并在探头与活塞杆表面之间一定位置处
放置一永久磁铁 ,即组成测量系统 。永久磁铁的磁场大小及方向
如图中所示 ,磁力线从 N 级出发到 S 级形成闭合磁路 ,在活塞杆的
台阶处 ,由于有金属的导磁作用 ,使闭合磁路得以强化 ,霍耳传感
器感应到的磁场强度较大 ,有较大的电压输出 ,在活塞杆的凹槽
处 ,由于有非导磁材料覆盖层 ,金属的导磁作用减弱 ,磁路强度减
小 ,霍耳传感器感应到的磁场强度减小 ,有较小的电压输出 ,这样 ,
在活塞杆运动过程中 ,霍耳传感器就输出交替变换的强弱电压信号 ,经电路变换后可转换为一系
列脉冲信号 。对此信号进行一定处理 ,然后通过脉冲计数就可获得液压缸位移或速度的大小 。
为了兼顾检测精度和制造难度 ,工作时将两个霍耳效应或电涡流传感器相距 1/ 4 螺距安装 , 就
产生相位差为 90°

的两路方波输出信号 ,如将四个这样的传感器相距 1/ 8 并排安装在液压缸前端

盖内 ,输出信号是四路相位差为 45°

的方波信号 ,就可实现对原始测量信号的 4 倍或 8 倍细化 ,同

时辨别液压缸的运动方向 。

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电 子 测 量 与 仪 器 学 报

第 16 卷