Novotechnik – является основным производителем магнитострикционных датчиков перемещения (положения) в практически всех возможных исполнениях. Магнитострикционные датчики осуществляют высокоточное (прецизионное) динамическое измерение положения и/или скорости, обеспечивая надёжную обратную связь в системах автоматического регулирования и системах управления.
В принципе работы датчиков абсолютных линейных перемещений Novotechnik лежит магнитострикционная технология, которая обеспечивает надёжные и точные измерения с высокой повторяемостью.
Каждый датчик состоит из следующих основных компонентов:
- Ферромагнитного волновода
- Позиционного магнита
- Сенсорного элемента (головки датчика) в которой содержится:
- генератор импульса тока
- преобразователь импульса деформации волновода (ультразвуковой детектор)
- электронный блок обработки
Подвижный магнит, перемещаемый вдоль стержня (или профиля) датчика, создаёт магнитное поле на участке волновода в координате своего положения. Для определения положения магнита генератор посылает импульс тока по волноводу. Импульс генерирует радиальное магнитное поле. Взаимодействие магнитных полей волновода и подвижного магнита порождает импульс деформации кручения (скручивание волновода), в результате чего по волноводу проходит импульс в виде ультразвуковой волны. Когда волна достигает конца волновода, то она посредством ультразвукового детектора преобразуется в электрический сигнал.
Поскольку скорость распространения волны известна. Замерив время от возникновения токового импульса до приёма обратного сигнала производится точное измерение координаты и других производных величин (линейного перемещения, линейной скорости, линейного ускорения). Данная технология измерения является очень надёжной и обеспечивает высокую точность и повторяемость.
Магнитострикционная технология не предполагает наличие трущихся компонентов, благодаря чему отсутствует механическая нагрузка и износ. Поэтому в сравнении с другими технологиями магнитострикционные датчики имеют значительно больший срок службы и обеспечивают высочайшую надёжность даже в жёстких условиях эксплуатации.
Немного теории
Магнитострикцией называется упругая деформация молекулярной структуры ферромагнитных материалов, таких как железо, никель, кобальт и их сплавы. Во время изменения намагниченности происходит микромеханическая деформация. Магнитная структура ферромагнитных материалов состоит из суммы бесчисленного множества небольших элементарных магнитов. Элементарные магниты с одинаковым направлением магнитного поля объединены в ограниченные области, называемые областями (доменами) Вейсса (области самопроизвольной намагниченности). Направление магнитного поля областей Вейса в не намагниченном состоянии является произвольным. Под воздействием внешнего магнитного поля некоторое количество доменов самопроизвольно располагается в направлении магнитного поля.
Количество доменов, которые располагаются в направлении магнитного поля, зависит как от напряженности внешнего магнитного поля, так и от механических свойств ферромагнитного материала. Изменение намагниченности доменов приводит к самопроизвольному изменению механической формы, в результате чего возникает механическая волна. Механическая волна представляет собой торсионную волну, которая возникает в месте возбуждения внешним магнитным полем. Торсионная волна распространяется в ферромагнитном материале со скоростью 2800 м/с. Это физическое свойство лежит в основе магнитострикционных датчиков положения.
Ферромагнитный материал с выраженным магнитострикционным свойством (волновод) располагается вдоль пути прохождения измерительного сигнала в прочном корпусе. Внешнее магнитное поле (датчик положения) отмечает положение измерения. Самопроизвольное изменение намагниченности инициируется взаимодействием внешнего магнитного поля и очень короткого токового импульса, который проходит через волновод. В волноводе распространяется торсионная волна. Время между возбуждением и приемом торсионной волны в волновом преобразователе преобразуется в соответствующее значение положения в электронной аппаратуре.