SSI系列接口和电磁超声波位移测量技术在试验机上的应用

SSI同步系列接口模块

控制器设计，现在一般包括SSI同步接口模块，可以直接连接数字量传感器。SSI接口模块通常是插卡结构，使用时直接插入控制器系统，典型的做法带有一个I4扩展总线，可与一个数字量传感器直接联用。通讯支持采用24位，二进制，无极性位。

能够与SSI同步系列接口模块连用的数字量传感器必须具备同步传送数据的特性，亦即数据和时间必须是完全对应同步传递。任何在传送时间上的延迟，会直接影响到控制精度。

经过检测，可以直接和都利4SSI接口配套使用的数字量传感器大致有如下几种：

• MTS公司Temposonic传感器RH和RP系列：电磁超声波线性位移传感器
• Balluff?公司微脉冲位移传感器系列BTL5-S10x-.:电磁应变位移传感器
• TR公司电子测量系统LT系列：数字脉冲传感器

采用SSIL传感器插头，可以保证简易快捷地与SSI接口模块成功连接使用。

位移测量技术

常规的位移测量往往采用模拟量电压，电流或电感式，以及数字式脉冲信号。对小量程的位移测量通常采用应变电桥式位移传感器。不过近年来，电磁应变超声波位移测量技术取得长足进步，并越来越得到业界的关注。

电磁应变超声波位移测量的优点

• 量程范围大，可从25mm到大约 7,600mm
• 高分辨率?(≥?1mm)
• 线性度高：全量程?±0.02%
• 耐用，稳定性好，适合不同环境条件(IP65)
• 实时同步测量
• 位移永久磁铁移动速度可高达10m/s；加速度高
• 使用温度范围大：?-40°C到?+70°C
• 绝对数字量显示
• 非接触式测量

电磁应变超声波位移传感器结构

电磁应变超声波位移传感器主要包括如下结构部分：

一根磁道管，作为测量单元；一个可移动永久磁铁，作为位移信号单元；一个信号传感器单元，可将 机械波(应力波)转化为电脉冲信号。

工作原理

电磁应变超声波位移传感器结构和工作原理

图1：测量开始时，释放一个电流短脉冲，电子计时器开始计时。电流脉冲沿整个磁道管产生一个圆周向的磁场，该磁场抵达作为位移信号单元的可移动永久磁铁时，遭遇第二个磁场。

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图2：产生机械波。?二个磁场的相互叠加作用产生了磁道管在扭转应力下的弹性形变(称为威德曼效应)。 这个弹性变形 以机械波(应力波)方式向磁道管二端方向传播扩散。

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图3：机械波沿磁道管双向传播的方式。

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图4：信号传感器单元接收到机械应力波(又称返回脉冲)时，电子计时器停止计时，表明一个测量周期结束。 而同时，Villay?效应将接收到的机械应力波转化为电脉冲信号。?

位移测量过程开始时，由内部电子或外接控制系统发送一个起始电流脉冲；由此沿磁道管产生一个圆周 向的磁场(如图1所示)。该磁场行进一定距离后到达永久磁铁的所在位置。作为位移信号单元的可移动永久磁铁在电流脉冲产生的圆周向磁场抵达时就激发出第二个磁场，它的磁力线位于右侧，而第一个磁场的磁力线则位于左侧；这二个磁场相互的叠加作用就导致磁道管受扭转应力而产生弹性变形，这个现象被称为磁导变形，又称威德曼效应（见图2）。

磁导变形的形式是机械应力波，它以超音速沿磁道管向双向传播扩散，这个过程大体上不受环境的影响?(见图3)。向右传播的机械波到达磁道管的端点时被阻尼吸收掉；而向左传播的机械波被信号传感器单元接收，Villary效应随即将机械应力波转化为电脉冲信号。至此，一个测量周期即告完成。

从产生起始电流脉冲时起至信号传感器接收到返回脉冲的时间，与位移信号单元(永久磁铁)和信号传感器单元之间的距离成直接的对应比例关系，因此传递时间(测量时间)不但可以直接计算位移，而且具有极高的精度。