1、BRSEN的磁致伸缩位移传感器发货时都会附带一份中文安装文件和英文的文档光盘。光盘文档包括传感器型号的相关接线表（包括接头种类、线色与针号对照）和接线注意事项；传感器安装尺寸（包括磁铁尺寸）；调零点与满量程步骤（如传感器为R或G-系列模拟输出）；传感器技术规格和订货表格等，内容十分详尽。用户在安装前请 先阅读，了解内容。用户如果收不到安装文件，可以向供货的经销商索取。 2、用户收货后应该马上检查包装有没有损坏，然后按合同清点数量与型号。如果有问题，应马上联系供货的BRSEN经销商申报。其实BRSEN经销商收货后也会做同样动作，确保产品数量和型号正确和没有损坏。BRSEN生产的每一个磁致伸缩位移传感器均通过非常严格的品质测试，确保功能正常才付运，符合ISO 9001认证。要是时间允许，BRSEN经销商 一般都会把传感器再次连线通电，确保工作正常，然后才交付国内用户。我们建议用户保留所有订货与交货文件纪录以备将来有需要时用。 3、用户在安装前请检查一下所订的传感器和配件是否匹配，如磁铁，配对接头和电缆等能否对得上。然后准备所 需工具如板手、螺丝刀、电源和万用表等。 4、如果用户自己提供电缆或自行制造带配对接头的延长电缆，应该按BRSEN提供的接线表做线（请参阅本文件第 5 ~ 9页）。制作过程必须额外小心，千万不要焊错线导致电线短路，焊好后加上热缩胶套保护。线做好后请用万用表重复测量确保每条线连接正确，焊接牢固及线与线之间没有短路现象。 5、BRSEN建议用户在连接控制器（如PLC)前，如果有时间，可以先独立的对位移传感器通电连接，用手移动磁铁，检查一下传感器工作是否正常，输出是否线性和稳定，然后才作整体系统连接。新的R-系列与G-系列的电子头均配有红/绿LED显示灯作实时状况报告（详细说明请参考本文件第11〜12页）。通电后，用户可以马上知道传感器工作是否异常。如果传感器输出为模拟电压或电流，用户可以直接连接万用表作显示；数字脉冲信号可接BRSEN的TDU数字显示表，数字SSI信号可接BRSEN的IX340数字显示表。BRSEN也为R-系列与G-系列提供编程软件包（必须另购），方便用户对传感器参数阅读修改或自我诊断。这样做的好处是万一系统出现问题时，用户也知道不是由于传感器产生的。（详细说明请参考本文件第13 ~ 24页） 6、如果控制系统上带有输入界面卡或通讯卡，用户必须先阅读有关控制器的资料，确保界面能配合BRSEN传感器的输出模式使用，以及在界面卡上的一些开关和通讯速率等设定是否正确，以符合BRSEN传感器的要求。

目前，要想直接测量磁致伸缩位移传感器起始、终止脉冲的时间间隔，得到准确的位置量，不易实现。现阶段采用的方法是， 把两个脉冲信号的时间间隔转换为正比于磁环位置的PWM信号，然后以电流环的形式输出。在实际测量过程中，传感器内电流脉冲和感应脉冲会对输出信号产生一定的干扰；并且传感器本身的磁性材料感应的磁场与波导管内的电流之间不可避免地会产生电磁干扰（EMI－Electro Magnetic Interference），使得测量所得的输 出信号有一定程度的畸变，如下图所示，即是将传感器的电流环输出信号转换为电压信号得到的波形。另外，如果需要在同一个系统中同时使用几个磁致伸缩位移传感器进行位移测量时，传感器相互之间也会有干扰。这些干扰信号的存在使得控制系统的动、静态性能不好，对精度高、响应频率快的控制系统而言，其影响程度是很明显的，会影响到系统的稳定，必须予以消除。设计一个基于 单片机的传感器信号处理系统，将处理后得到的稳定的输出信号，以数字信号的形式直接通过远程通信传送给计算机进行控制，使得该类型磁致伸缩位移传感器输出信号稳定、精度高、传输距离远，与控制系统接口简单、互换性好、实用性强，使传感器更具智能化，整体性能得到极大的优化提高。 [caption id="attachment_2094" align="aligncenter" width="536"] 磁致伸缩传感器信号原始波形[/caption]

1、系统结构 磁致伸缩位移传感器位移测量系统的硬件结构如图4所示。由于磁致伸缩位移传感器采用符合工业控制标准的4~20 mA电流环输出的形式，故需要先把传感器的输出电流信号转换为电压信号,再采集出来进行A/D转换,然后输出给单片机进行信号处理以及通信处理，最后将理想的传感器信号以二进制方式传送给液晶示屏和PC机叫。传感器的电路是由敏感元件头、接收电路、信号整形电路、参数校正输入电路、计算机处理电路、显示电路、测量参数输出电路等组成。 [caption id="attachment_2089" align="aligncenter" width="548"] 磁致伸缩传感器系统硬件设计[/caption] 2、微处理电路 单片机选用ATMEL公司基于CMOS工艺的8位微处理器AT89C4051，与MCS-51产品系列的指令完全兼容,片内含有4kb的Flash EPROM,它最突出的特点是芯片体积小，只有20个引脚,特别适合于小型化系统的设计。另外, AT89C4051价格便宜，性价比较高。 3、信号整形电路 采用基于抽取被测信号特征量的滑动数字滤波算法。如下图所示,就是磁环在静止状态下,磁致伸缩位移传感器输出的模拟信号波形。可以看出,在测量稳定值上叠加有一个频率较高的干扰信号存在，其最大峰-峰值约为25mV，周期为440μs。如果直接将单次测量值采样传送给控制器，在高精度的测量场合下，随机得到非正常测量值的几率是比较高的,最大误差为12个LSB。因此，最好是对某一位移量进行连续的多次测量，得到一组N个测量值，并使这组测量值包含一个干扰周期，便从中获得一个能够代表正确值的测量值。信号整形电路的结构包括测量运算放大器、光电耦合器;功能是对测量放大信号整形后送计算机。89C4051是系统硬件实现数字化处理的核心部分，它的主频工作在11.0592 MHz，包括有一个外围复位电路。主要用于完成控制A/D转换、信号处理、向主机和LCD以串行方式发送数据等几个方面的功能。用单片机的P3口作为A/D转换及通信的控制线。在读取A/D转换值时，直接用PI口分两次读入12位A/D转换值。 下图为使用了数字化处理系统磁致伸缩位移传感器的磁环分别处于静态和动态时的测量特性。(a)表明系统有良好的测量精度和稳定性，误差只有1个LSB;(b)表明本系统具有良好的动态测量特性。 [caption id="attachment_2091" align="aligncenter" width="455"] 磁致伸缩位移传感器静动态特性[/caption] 4、参数输入矫正电路 矫正电路是由MAX25C045、键盘和选择开关组成,功能是对磁致伸缩位移传感器的零位、满量程进行调整,并对波导电流脉冲传递速度设定和参数存储。 5、测量参数输出电路 数据输出包括12bit 高速D/A转换芯片MAX5302及运算放大器输出0~5V ,0~10V ,0~10 mA,4~20 mA的测量数据;二进制数据输出包括485接口芯片MAX 1428输出二进制测量数据,数据传递距离可达1000m以上。

以某矿综采工作面的推移油缸为例，缸径/杆径为180/120 mm,工作行程900mm,工作压力为315MPa,工作介质为MT76所规定的5%的乳化油与95%的中性软水配置成的乳化液。现需要在每台支架的推移油缸上安装磁致伸缩位移传感器,以便控制支架移架距离。 推移油缸外形图见下图(右视图未画出)。 [caption id="attachment_2086" align="aligncenter" width="395"] 综采位移传感器油缸总图[/caption] 1.缸体 2.电缆插座 3.压紧螺堵 4.位移传感器及0形圈、挡圈 5.磁环 6.活塞 7.活塞杆 8.导向套 从上图可以看出:磁致伸缩位移传感器是通过自身外螺纹安装在油缸缸底上,其余全部长度都深入到活塞杆事先钻好的深孔中,而磁环则是通过带外螺纹的压紧螺堵安装在活塞杆底端。当油缸下腔进液时,随着下腔压力的不断升高，活塞杆带动磁环一起伸出，磁环开始感应并将位移信号经过转化并通过专用电缆传送到检测装置输人口。反之，当油缸上腔进液时,随着上腔压力的不断升高,活塞杆带动磁环一起缩回，磁环将位移信号经过转化并通过专用电缆送回检测装置输人口，至此油缸完成了整个工作循环过程。这个循环过程也就是磁致伸缩位移传感器对油缸行程的监测过程，精度可以达到3mm。

为了能更清楚地表示磁致伸缩位移传感器的各部连接尺寸，现把磁致伸缩位移传感器的安装尺寸图单独表示，见下图。 [caption id="attachment_2083" align="aligncenter" width="443"] 综采油缸位移传感器安装尺寸图[/caption] 上图中φd1即为磁致伸缩位移传感器的密封段安装直径，由于此处承受油缸下腔液体压力，所以与缸底的配合公差应采用H7/f7,在此段轴向位置安装有材质为丁晴橡胶的0形密封圈和材质为聚四氟乙烯的承托环。L2段长度即为密封段右端面到磁环左端面的距离，为了避免活塞杆在缩回过程中接触缸底时由千冲击损坏磁环，因此在设计过程中应该让磁环左端面进入到活塞杆端面2mm,这样即可保证在活塞杆缩回过程中活塞杆端面先接触缸底 端面，保护了磁环。L3段长度即在活塞杆的伸出和缩回时的实时长度，也就是磁致伸缩位移传感器的监测目标，即油缸行程。L4段长度和传感器本身有关，不同类型的传感器有不同的数值。d3是活塞杆的细长深孔直径，通常给出正公差0.5mm，以保证深孔内壁和传感器表面发生刮碰。

活塞杆见下图，从图中可以看出，在保证磁环安装位置后，在磁致伸缩位移传感器末端到活塞杆深孔有一段距离，根据设计经验，此段距离设置为30-40mm最佳。除此之外，最重要的尺寸公差就是活塞杆深孔的同轴度，这个精度必须保证，以免在油缸组装过程中出现缸底孔和活塞杆孔不对正的现象，避免磁致伸缩位移传感器长杆在活塞杆的伸出与缩回时受到轴向和径向划伤。

[caption id="attachment_2072" align="aligncenter" width="536"] 磁致伸缩位移传感器活塞杆[/caption]

内置磁致伸缩位移传感器经过多年的发展已经基本系列化、模块化，在以后的带内置磁致伸缩位移传感器的油缸设计中，在设计时只需要对照传感器的相应部位尺寸对缸底、活塞杆、缸筒等相应部位进行尺寸修改即可，压紧螺堵和手孔等尺寸可借用现有尺寸， 不需要再对部分零件结构进行排图，有利千提高工作效率，缩短油缸的设计周期，为在综采工作面大规模推广控制精确的内置磁致位移传感器推移油缸提供了可靠的技术支持。

磁致伸缩位移传感器远传电缆是采用下述方案实现的:一种用于磁致伸缩位移传感器的信号远距离传输电缆,包括一用于远距离传输信号的铠装电缆、一电缆信号驱动模块,用于远距离传输信号的铠装电缆内包括两根三同轴电缆和一根二同轴电缆,其中两根三同轴电缆均由导电内芯、导体管、屏蔽层以及分别位于导电内芯、导体管、屏蔽层之间的绝缘层构成;

[caption id="attachment_2066" align="aligncenter" width="602"] 磁致伸缩位移传感器远传电缆[/caption]

电缆信号驱动模块包括两个运算放大器,两个运算放大器的反相输入端通过第一电阻相连,两个运算放大器的同相输入端与两根三同轴电缆的导电内芯一端分别对应连接,且两个运算放大器的同相输入端各自通过第二电阻接地,两个运算放大器的输出端与两根三同轴电缆的导体管一端分别通过第三电阻对应连接,第三电阻与导体管之间设一下拉电阻，该下拉电阻接地;

两个运算放大器的输出端用于分别与磁致伸缩位移传感器电子仓内变送器的信号调理电路模块的两个输入端连接。

二同轴电缆由里到外包括导电内芯、屏蔽层,导电内芯、屏蔽层之间设置绝缘层。

两个运算放大器的输出端均通过反馈电阻分别与各自的反相输入端对应连接。

二同轴电缆和两根三同轴电缆均被一护套包裹在铠装电缆内,护套外设置一层金属编织铠装。

磁致伸缩传感器变送器液位计主要由连接头、探杆和浮球等部分组成,在使用的时候浮球可以沿着探杆的随着液位的变化而上下移动,在浮球的内部有一-组永久磁环，当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时,浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸.缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲,这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置,即液面的位置。

这种磁致伸缩传感器变送器液位计在使用的时候,浮球与探杆的外侧是滑动连接的，因此浮球内壁与探杆外侧会形成-定的空间,可是若是探测的液体内部有杂质的话,在长时间使用的状态下,液体内部的杂质会在浮球内部与探杆外侧形成的空间内部积累,若是不能及时清理则会影响浮球的运动从而影响浮球探测的准确性,而现有的磁致伸缩传感器变送器液位计清理的时候还需要将磁致伸缩传感器变送器液位计从液体内部取出来才能进行清理使用非常不方便。为此，我们提出一种磁致伸缩传感器变送器液位计。

[caption id="attachment_2063" align="aligncenter" width="655"] 磁致伸缩传感器变送器液位计[/caption]

为实现上述目的，国内某研究机构提出如下技术解决方案:一种磁致伸缩传感器变送器液位计,包括表头、设置在表头底部的法兰、固定在法兰底部的探杆和滑动套接在探杆外侧的浮球所述法兰上固定有能实现对浮球上的杂物进行清理的清理装置。

清理装置包括通过电机壳固定在法兰顶部的驱动电机,驱动电机输出端穿过电机盒和法兰固定有驱动齿轮,且驱动电机输出端与电机盒和法兰均转动连接,驱动齿轮啮合连接有转动齿盘,且转动齿盘通过轴承转动套接在探杆的外侧,转动齿盘底部通过轴承转动连接有丝杆,且丝杆底部固定有旋转电机,旋转电机通过电机盒固定有支撑板，且支撑板通过轴承转动套接在丝杆底部,支撑板一侧通过轴承转动套接在探杆的底部,丝杆外侧螺纹套接有能对浮球进行清理的清理件,实现带动清理件运动。

清理件包括螺纹套接在丝杆外侧的移动块,且移动块两端外侧均滑动套接有定位杆,定位杆两端分别与转动齿盘和支撑板固定连接,移动块靠近探杆的一侧固定有多节电动伸缩杆，且多节电动伸缩杆输出端固定有弧形板,弧形板底部固定有清理杆，探杆底部固定有能实现将浮球固定的固定组件,实现对浮球内壁与探杆外侧形成的空间内部进行清理。

清理杆的形状为L形,便于对浮球内壁与探杆外侧形成的空间内部进行很好的清理。

固定组件包括固定在探杆底部的第一伸缩气缸,第一伸缩气缸顶部固定有第二伸缩气缸，且第二伸缩气缸输出端固定有压板,实现将浮球夹紧固定。

与现有技术相比,本方案在开始使用时,通过设置的清理装置,可以自动对浮球内部与探杆外侧形成的空间进行一定的清理,且在清理完成时,不会影响浮球沿着探杆运动,使用效果比较好,避免浮球内部与探杆外侧之间长时间不清理积累杂质影响浮球的运动,使用效果比较好。

选型注意事项

选择磁致伸缩位移传感器的尺寸时，考虑感应杆的长度与磁环的安装位置要求是十分重要的。为了防止磁环和检波器之间的相互干扰，在工艺设计制造时设置一个区域称之为零区，长度根据传感器的外壳选型而定。在设计运动系统时必须预留空间，使得磁环的背面与位移传感器安装法兰之间的距离不小于零区长度。在传感器杆的末端(与电子头相反的一端)，有一个内置有阻尼的非工作区，叫做死区。像零区一样，在系统设计时计算好使得磁环的前面与传感器末端的距离不小于指定的死区距离。比如，如果移动轴运动1.5m，订货行程填1.5m。但检测杆的实际总长度，从法兰平面(电子头端)到杆末端应该是1.5m+零区长度+死区长度。

典型安装示意图

1)传感器头-电子部分内置于一个坚固的外壳内;

2)保护外管-传感器带有安装法兰的耐压圆管(最大压力530bar)保护着内部的敏感元件和波导管系统。它直接被安装到空心活塞杆内;

3)位置磁铁-位移的移动部分，它被固定于活塞杆末端。这个永磁铁沿着不动的磁致伸缩位移传感器外管无接触无磨损的移动。它的磁场透过传感器臂启动测量信号。

电气连接注意事项

1)需要系统提供一个稳定的低波动的直流电源，电源的波动直接影响模拟量输出的分辨率。低于供电范围有可能不能启动传感器，而超出供电范围有可能对传感器造成损坏;

2)确保传感器被安装在远离强磁场和电磁噪音高的地方。

3)电缆最好选择厂家提供的专用电缆，如果选择其他，最好是低电容值的;

4)如果电缆所处的工业环境较为恶劣(高温、高压)，必须加装保护装置或做好防护措施(如防水罩、隔热板等);

5)最好选择厂家提供的标准连接接头，这样可以保证可靠的信号传递;

RD型外壳是-种创新的分体式设计，即电子头和敏感元件是分开的， 利用一条内接电缆把两者连接起来。虽然内接线不是很长，但因为柔软所以可以把电子头从传统的安装在油缸后端位置改为安装在油缸旁边，把油缸的总长度减低。因此为油缸安装但欠缺空间提供了一个良好的解决方案，特别适用于两端都带勾的油缸(即ClevisType)应用。RD型利用密封紧压嵌人( pressurefit)安装，也可以是标准的缧纹安装。 RD的电子头与测杆的内连接线是一个200mm的固定长度。用户可以把长度切短以符合实际需要(注意:如果用户擅自把内接线加长的话，则博尔森提供的12个月保修期马上失效)。 内接线连接敏感元件的一端是固定的，不能拆除，但接电子盒的一端则是灵活的在电子盒内以接线端子固定接线， 简易快捷。 RD的另一好处是测杆能抵受高达105°C的高温(电子盒为75°C，低温同为-40°C)因此在高温应用上，RD更可弥补其它如R系列在温度上的不足。 RD型输出模式有模拟，CANbus，DeviceNet ，Profibus ，EtherCAT等。 RD型是一个在最苛刻的环境条件下仍能持续正常运作的理想传感器。传感器头部封装了完整的电子接口模块来处理电子信号。双重灌封保证了高度的操作安全性和最优化的EMC保护。位置测量是通过一个固定在运动机械部分的永磁铁，沿着传感测杆做无接触运动来感应。 RD型适合安装于油缸内，特别适用于两端都带U-形吊环的油缸，或者受空间限制的油缸应用。传感器的组成部分包括一条带有螺纹或紧压密封安装法兰的耐压不锈钢管，它为感应元件提供保护。整支传感杆通过活塞孔装人活塞内。外部连接的电子头(达IP67防护等级)将传感器信号处理部份和接口部分封装在内，与感应杆的连接可通过接合板侧面或底面的电缆进线。

参数	规格
输入
测量数据	位置，速度（绝对值）
测量范围	25 – 7620 mm
输出
介面	模拟，SSI，CANbus，Profibus-DP，EtherCAT
精度
分辨率	根据输出不同
非线性度	< 满量程的土 0.02% （最小土 50 pm）
重复精度	< 满量程的 ± 0.001% （最小 ± 2.5 pm）
误差	模拟:满量程的0.01%/数字:<士10um
滞后	< 4 µm
工作条件
工作温度	– 40 至 +75 °C
湿度 / 露点	湿度 90%，不能结露
保护	电子部份为IP67(配对接头必须锁紧);IP65装有侧面线缆连接部的测量杆;IP30装有底面平板连接头的测量杆
冲击指标	100 g （单一冲击） / IEC 标准 68-2-27
振荡指标	15 g / 100 – 2000 Hz / IEC 标准 68-2-6 （耐久性）
EMC 测试	放射 EN 50081-1，抗扰 EN 50082-2， EN 61000-4-2/3/4/6，等级 3/4，A 类，CE 认证
结构,材料
故障指示	电子头尾盖带LED 显示
传感器头	铝挤压成型
传感杆和法兰	304 L 不锈钢
外管压力	350 bar/ 700 bar (峰值)
位置磁铁	环形磁铁
电气连接
接头选型	接头或直出电缆(按输出而定)
输入电压	+24 Vdc （-15 / +20%）
极性保护	最大 -30 Vdc
超压保护	最大 36 Vdc
秏电量	一般 100 mA内
波动	< 1 % S-S
电器冲击量	500 V （DC 接地与机械外壳地线之间）

  有关R-系列的模拟1SSIICANbusIDeviceNetIEtherCAT/Profibus等输出的技术规格和电气连接，请参考相关的传感器介绍页数。 当感应杆与内接电缆被安装在金属缸体内，然后进行测试。