带磁电阻位移传感器的电液伺服缸
在液压伺服系统中，最常见的是电液位置伺服系统。由于它能充分地发挥电子和液压两方面的优点，既能产生很大的力和力矩，又具有很高的精度和快速晌应性，还具有很好的灵活性和适应能力，因而得到了广泛的应用。特别是近年来，随着工业自动化水平的普遍提高和国内外液压技术的飞速发展，应用电液位置伺服系统的场合越来越广，要求对液压缸进行位移检测的场合也越来越多。此外，工作环境的不同，对传感器的抗干扰能力，抗污染能力等要求也越来越高，而传统的传感器在不同的环境条件下工作却又各自受到不同的限制，因此就迫切需要一种新的传感器，来胜任不同环境条件下、特别是恶劣环境条件下的工作。
在这样的市场需求情况下，国外研制并生产出了一种新型位移传感器—MR(磁电阻)位移传感器，同时在此基础上研制开发出了一系列带MR位移传感器的电液伺服缸(以下简称MR液压缸)。
1 MR传感器
MR传感器由3部分组成：①刻有凹凸槽的磁标记尺；②测量磁标记的磁阻敏感元件；③信号处理电路板。
MR传感器是利用某些金属、合金和化合物等在磁场力作用下，在外加电场方向的电流分量发生大小变化时会表现出其电阻大小发生变化，即磁电阻效应来工作的。将这些材料做成薄膜型磁阻敏感元件(MR芯片)，并和永久磁铁以及内部处理电路集成封装在一起，组成传感器头，再加上外接的磁标记尺就组成了MR位移传感器。
从具有这种特性的MR芯片中选出2个相同特性的芯片(MR1、MR2)串联连接，在2个MR芯片上用永久磁铁加以均等的偏磁场。将2个MR芯片的连接部分引出输出接头，输出电压为V0(见图7)。在串联的MR芯片两端加直流电压V时，输出电压V0是电压V的一半，这个静态电压又称作中点电压。
当在2个MR芯片上加不同强度磁场时，就导致2个MR芯片的阻值变化，此时的输出电压与中点电压呈不同值。如图7所示，MR1上加以强磁场后，因它的电阻值比MR2大，输出电压比中点电压低，相反MR2上加上强磁场后，其输出电压比中点电压高。
同样考虑动态磁场时的检测状况(见图8)。当2个MR芯片的一方(如MR2)与类似铁片的磁性体接近，磁力线朝着铁片方向偏转，MR2上产生比MR1强的磁场。这样MR2的阻值就会增大，输出电压也随之变高，当物体连续往复运动时，就可输出类似正弦波的信号。当用4个MR芯片相差一定角度连结成电桥后，就可以根据物体按不同方向运动时输出信号的超前与滞后的关系来判断物体的方向了。
MR传感器具有分辨率较高，量程大，线性度好；工作温度范围宽；无接触性传感器间接测量，可靠性高和使用寿命长；耐振好(可达20 G)，抗冲击(可达100G)能力强；防腐性能好，不受油渍、溶液、灰尘，空间电场及寄生电容等影响，工作性能稳定等特点；同时，由于MR传感器内部集成了数字处理电路，所以它还具有直接输出数字信号，便于计算机处理的优点。把这种传感器头安装在液压缸(或气缸)上，再在活塞杆上加工出一系列有尺寸要求的等距离凹凸槽，使之起到磁标尺的作用，就可以制造出MR液压(气)缸。另外，MR传感器还可应用于测量齿轮转数，精密地控制电动机的转动，检测带有磁性的物体，如纸币的防伪及其他的应用等。
2 MR液压缸
(1) MR液压缸结构简图如图9所示。从MR电液伺服液压缸的结构简图上可以看出，MR液压缸在结构上与普通伺服缸的区别主要在于：①MR液压缸的活塞杆是专用的；②在液压缸端盖上外挂有MR传感器。
活塞杆作为执行件，在传递功率和力的同时，还起到了磁标记尺的作用。在活塞杆的表面上加工出一系列等距离的环状凹凸槽后，为了防止泄漏，对凹槽还需要进行工艺处理，最常用的方法是在凹槽处填充上特殊材料。此外，为了增强活塞杆表面的硬度，提高耐磨性和防腐性，还需要在活塞杆的表面进行相应的工艺处理。这样，传感器的凹凸槽(磁标尺)就组成了一个完整的传感器。
(2) MR液压缸的工作原理 活塞杆在运动过程中，每经过一个凹凸槽，就会引起一次磁阻敏感元件电阻大小发生周期性的变化，经过传感器内部固有的集成电路处理后，就可直接输出周期性的一个或多个方波(方波数的多少，取决于内部的处理电路)，从而产生脉冲，触发外接触发电路和计数电路。这样，活塞杆工作时，每移动一个凹凸槽，计数器就被触发计数一次或多次，移动了多少个凹凸槽，就会触发计数出相应的次数，于是，液压缸的位移就可以通过所计数到的脉冲数和凹凸槽距离之间的特定关系来确定了。
3 MR液压缸应用前景
MR液压缸的多种优越性能，使得它在飞机与船舶舵机控制系统、雷达、火炮控制系统、精密冲床、振动实验台以及六自由度仿真转台等方面，有着广泛的应用。一方面用来提供动力，传递功率；另一方面可以进行位移检测，实现位置控制。此外，MR液压缸还可应用于压铸机，游乐场的模拟游戏机，木材加工机械以及矿山机械，建筑机械，地下机械等野外作业要求对位移进行检测，而环境条件又相对恶劣的场合。特别是，由于MR传感器是进行模块化封装的，防水性能好，对有位移检测和位置控制要求的水下作业，与传统的电液伺服液压缸相比，MR液压缸的优势是显而易见的。可见，MR液压缸的潜在市场、经济效益和社会效益是相当可观的。相信在不远的将来，MR液压缸的应用场合将越来越广泛。
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