在工業自動化和精密控制領域,位置測量技術的精準性與可靠性直接決定了整個系統的性能。測量技術主要分為相對測量與絕對測量兩大類。相對測量系統依賴于一個預設的參考點,一旦斷電或發生位移,就必須重新尋零,這不僅增加了系統復雜性,也引入了潛在的中斷風險。而絕對測量技術的巨大優勢在于,它能夠在系統上電的瞬間即刻獲知當前位置,無需執行繁瑣的回零操作,極大提升了設備的響應速度和運行效率。
磁致伸縮技術的核心原理在于其巧妙地利用了材料的磁致伸縮效應。這種特殊的物理效應是指某些鐵磁材料(如鐵鈷合金)在交變磁場的作用下,其自身的長度會發生微小的彈性變化。更為關鍵的是,這一效應是可逆的,即當材料發生機械應變時,其內部的磁化狀態也會隨之改變,這被稱為維拉里效應。正是這種獨特的物理現象,為高精度的位置檢測奠定了堅實的基礎。
磁致伸縮絕對位置測量系統的工作機制是一個精妙的物理過程。該系統主要由波導絲、位置磁鐵和檢測線圈組成。工作時,控制器在波導絲上施加一個電流詢問脈沖,該脈沖會產生一個環繞波導絲的周向磁場。位置磁鐵固定在被測物體上,其產生的靜磁場與詢問脈沖的周向磁場在磁鐵所在位置發生疊加,引發波導絲材料發生瞬時的磁致伸縮效應,產生一個微小的機械扭應力波。
這個扭應力波以恒定的聲速沿波導絲向兩端傳播。當它傳播到波導絲末端的檢測線圈時,線圈會因維拉里效應感知到這種機械應變,并將其轉換為一個可檢測的電信號返回。控制器通過精確計算從發出詢問脈沖到接收到返回信號之間的時間差,再乘以已知的聲速,就能極其精確地計算出位置磁鐵所在的絕對位置。這個測量過程是自我包含的,每一次測量都是獨立的,與之前的任何狀態無關,因此實現了真正的絕對位置測量。
與傳統的相對編碼器或增量式系統相比,磁致伸縮技術實現的絕對測量擁有壓倒性的優勢。它徹底消除了因斷電、干擾或意外移動而必須進行的尋零操作,實現了即開即用、永不丟失位置信息。其非接觸式的測量方式避免了機械磨損,保證了極長的使用壽命和高可靠性。同時,該技術具備極高的分辨率和重復精度,能夠滿足最嚴苛的工業應用需求,廣泛應用于液壓缸定位、伺服反饋、閥門控制和機器人等領域,成為高端精密控制系統中不可或缺的關鍵技術。