隨著傳感器檢測技術的發展，新的傳感器技術的不斷涌現，基于磁致伸縮位移測量傳感器技術的傳感器也應運而生，該類型的傳感器技術較為新穎，在位移測量方面有著巨大的發揮前景。它適用于高強度，高危險的極度惡劣的工作環境，在油庫的液位測量，有毒化學品液位測量方面廣泛的被采用。相對于傳統傳感器，它使用壽命長，測量準確度高，測量精度高，安全性好。由于國內尚無 5 ～ 10 m 的大位移的磁致伸縮位移傳感器，為了達到對磁致伸縮位移傳感器的測量技術的優化，達到大位移的測量，文中對它回波信號進行做了深入的分析和
研究。
1 總體的工作原理
根據磁致材料的伸縮特性，設計出磁致伸縮位移 6 傳感器，將檢測裝置檢測到的回波信號進行處理，用 DSP Tms320F2812 根據算法計算出實際的被測液體的位移，7 再通過 AD421 數模轉換器，PROFIBUS － DP 總線接口單元等設計出不同的工業儀表接口，將該位移信號送往工業控制現場的儀器儀表并顯示。
DSP 控制脈沖發生電路激發出激勵脈沖，該激勵脈沖進入磁致伸縮位移傳感器的 Fe － Ni 波導絲，激勵脈沖在波導絲上感應出一個環形的磁場，該磁場在環形磁鐵形成的縱向磁場相遇，根據 Widemanm 效應，在兩個磁場相遇處產生一個扭轉彈性波，該扭轉彈性波以固定的波速向波導絲兩邊傳輸。接收端經過接收裝置接收該回波信號。在信號經放大電路放大后，通過高速 A /D 轉換進入 DSP，然后通過時間算法，最終求得該傳感器測得的位移。
2 磁致伸縮材料的分析與選擇
用 ANSYS 軟件對純 Fe，純 Ni，Fe － Ni 以及國內外研究的熱門材料 Fe － Ga 進行分析，可以發現 Fe － Ni 的磁致伸縮系數要遠遠強于純 Fe，純 Ni，而 Fe － Ga 材料經過分析研究，證明它的磁致伸縮系數比 Fe － Ni 材料更好。但是在制造 Fe － Ga 時遇到了很多問題，比如很難購買純度達 99. 99% 的純 Ga; 而且在 Fe － Ga 材料的熔煉上，為了保證合成的 Fe － Ga 材料的純度，必須要盡量使二者熔煉時不與坩堝發生反應，而要做到這一點又有難度; 再者，Fe 的熔點是 1 535 ℃，而 Ga 的熔點是29% 8 ℃，Fe 與 Ga 材料的熔點相差很大，而通常上采用熔煉凝固法制備的 Fe － Ga 合金由于晶粒取向雜亂，沒有形成{ 100} 織構，導致磁致伸縮系數不夠理想［2］。而從 Fe 與 Ga 的化學結構分析得知，生成的 Fe － Ga 合金材料很難制成試驗要求的絲狀材料或空心圓筒形材料。
綜上所述，在早期的研究中，首先確定了以 Fe － Ni 材料作為研究的早期試驗性磁致伸縮材料，經過分析采用 Fe50 Ni50 管做實驗。那么同時對 Fe － Ga 合金材料的研制也在同時進行。
3 磁致伸縮位移傳感器的結構模型和工作原理
磁致伸縮位移傳感器由信號測量頭( 信號測量頭包括激勵信號發射電路，回波信號檢測電路，信號處理電路組成) ，波導管，環形磁鐵，阻尼裝置組成。磁致伸縮位移傳感器工作模型。磁致伸縮傳感器工作時將測量頭固定在液罐表層，波導管的末端固定在液罐的頂部，為了保證的測量的精度，要將波導管處于垂直狀態。在選用環形磁鐵是要選擇合適的懸浮磁鐵，保證環形磁鐵要懸浮于北側液面。
注意: 為了防止回撥信號出現的雜波干擾，在波導管的末端應該加一個阻尼裝置，用來吸收傳播到波導管末端的扭轉彈性波，該旋轉波以2 800 m /s 的速度向兩邊傳播。
4 對回波信號進行分析和處理
回波信號的檢測裝置已做過相應的試驗，試驗中，激勵脈沖頻率設定為 1 kHz，幅度要大于 3 V，通過分析與研究，試驗性地采用了用壓電陶瓷作為回波信號的檢測裝置，通過與檢測線圈的比較可以得出，壓電陶瓷作為檢測裝置有點是抗力強，檢測的信號較為純凈，但是存在容易老化的缺點。
磁致伸縮位移傳感器測試過程中，選擇波導管的 3 個位置作為測試點，分別取磁鐵的起始位置，波導管的中間位置，波導管的末端位置。將環形磁鐵滑到上述的 3 個位置，通過示波器記錄各位置的回波信號的波形圖。當環形磁鐵在波段管上移動時，分別選定磁鐵初始位置、中間位置、末端位置，所檢測的扭轉彈性波波形圖，他的發送激勵脈沖信號和回波信號較為清晰，通過放大電路，兩個信號的電壓幅度也較大，再通過一個高速 A /D 進行模數轉換，轉換值進入 DSP，從而可以根據相應的時間差算法求出兩個信號之間的時間差，可以計算出相應被測液體的液位; 雖然該回波信號帶入了一些干擾信號，但是對于整的磁致伸縮液位傳感器的測量來說，引入的誤差非常小，從而對傳感器測量的液位數據不會產生較大的影響，保證了磁致伸縮位移傳感器的測量精度和測量數據的準確性和可靠性。
4． 1 對回波信號的處理
利用回波信號檢測裝置接收回波信號，將該信號經過放利用回波信號檢測裝置接收回波信號，將該信號經過放大，A /D 轉換，再輸入到 DSP，對采集的信號的峰值篩選算法，計算出磁致伸縮位移傳感器測得的位移值。電路設計中，選擇 OPA2354 搭建一個回波信號放大電路，經示波器觀察回波信號發現，回波信號的幅度在 1 ～ 20 mV 左右，那么放大倍數設置為 100 倍，最初經放大后的回波信號被干擾信號給湮沒了，經分析討論，是由于在對回波信號的放大時，相應的干擾信號也被放大了，因此為了得到純凈的回波信號，需要加一個低通濾波器，經加上低通濾波器后，得到了試驗想要的回波信號波形( 見圖 4) ，觀察圖 4 波形會發現有一個固定的干擾脈沖，就是示波器上的第三個固定的脈沖，需要的回波信號為中間的脈沖，而個脈沖周期為1 kHz 的激勵脈沖，在經過環形磁鐵的滑動調試時，回波信號會隨著環形磁鐵的移動而移動，而圖 4 中的第三個干擾脈沖，位置一直不變，且具有周期性，因此斷定是激勵信號經過波導管傳到管的末端而反射回來的激勵信號。找到原因后，采用一個吸收這個反射波的阻尼裝置，在波導管的末端安裝上這個阻尼裝置。由于目前試驗的試驗裝置未加上阻尼裝置，故看不到經阻尼裝置吸收的信號波形。但是隨著試驗的進行，試驗裝置的改進，在后續的論文中，會給出試驗裝置改進的波形圖。若將該信號送往工業儀表顯示，需要對該信號進行進一步的處理，通過 DAC 轉換器和信號轉化電路，將計算得出的傳感器距離信號轉變為工業標準接口 4 ～ 20 mA 信號或送往 PROFIBUS 總線接口單元。
4． 2 測量位移的 DSP 實現
在 DSP 的實現過程中，文中主要通過全采樣實現時間的測量，DSP 控制脈沖發生電路產生激勵脈沖后，同時通過 DSP 開啟外部高速 A /D 轉換器，同時開啟 DSP 的內部計數器，對高速A /D 轉換器轉換而來的數據進行計數。在得到回波信號的峰值的轉換值后，停止計數器的計數。計算出從激勵脈沖發出到接收到回波信號的中間時間 t，t = 計數值 × t0，最后計算測量的位移值。S = 超聲波波速 × t; 最后得到了磁致伸縮位移傳感器的位移測量值。在回波信號中，摻雜了一些未知的干擾信號。如激勵產生的回波信號傳到測量桿的末端，而末端的阻尼裝置又未吸收該信號，產生一個反射的回波信號，這樣對需要的回波信號產生量干擾，進而會影響實際的測量位移的準確度; 除此之外在回波信號的傳送過程中也會產生散射波; 因此，對進入 DSP的 A /D 轉換值需要進行必要的干擾波的處理算法。捕獲信號的個特征點( 選取峰值點) 很關鍵。DSP 時間測量程序流程。
兩個激勵脈沖發送的時間間隔 T0 很重要，因為接收到的回波信號必須在該時間間隔之內，所以在這個值的選擇上需要通過試驗得出。位移測量算法過程: DSP 設置一個定時時間 T( T 要稍微小于 T0 ) ，利用 DSP 的定時器 0 進行定時，同時 DSP 控制外部的告訴 A /D 開始轉換，DSP 將每個采樣點的值放在一個 num_ta-ble里面，當定時器 0 定時時間到，DSP 控制 A /D 停止轉換，此時延時 500 μs，同時調用峰值查找程序 find_peak( ) ，找到相應回波信號的峰值，也找到了相應峰值點處已采樣的點數 num _to_peak，就可以求出回波信號與發送激勵脈沖的時間間隔，進而求出磁致伸縮位移傳感器測量的位移值。
5 結束語
磁致伸縮位移傳感器在測量精度和準確度方面具有優勢，并且它可以工作在非常惡劣或危險的工作環境，發揮其測量優勢。試驗中用的傳感器材料選擇的是 Fe － Ni 合成材料，純 Fe和純 Ni; 設計的磁致伸縮位移傳感器的測量范圍為 0 ～ 5 m，在目前的研究中，正致力于對超導材料的研究，如 Fe － Ga 合金材料，研究重點是比較分析出各種磁滯材料的性能，最后確定一種的磁致伸縮材料，以實現 5 ～ 10 m 的大位移的測量。
