隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，特別是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在電液控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，帶位置檢測(cè)的液壓缸已成為電液控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作還比較落后，現(xiàn)有技術(shù)大多只能進(jìn)行液壓缸位置點(diǎn)發(fā)訊和小行程位移測(cè)量，在行程較大或測(cè)量精度及可靠性要求高的場(chǎng)合。比如在水利。石化、冶金等行業(yè)，工程建設(shè)和技術(shù)改造中所需含位移檢測(cè)裝置的液壓缸大多仍依賴進(jìn)口。因此，對(duì)可用于電液控制系統(tǒng)中的位移檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，就具有理論和實(shí)際意義。


根據(jù)不同的檢測(cè)精度和應(yīng)用場(chǎng)合要求，目前液壓缸的位移檢測(cè)方式有外置式和內(nèi)置式兩種。外置式主要有電位器型、電感型、外置動(dòng)線圈式電感型。滾動(dòng)光柵和直線光柵式液壓缸位移測(cè)量裝置等。外置式檢測(cè)方法不涉及液壓缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是獨(dú)立于油缸的附加式結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在內(nèi)置式位移傳感器的耐高壓?jiǎn)栴}，但在有些場(chǎng)合，外部安裝不方便，可靠性也較差，因此其使用受到一定限制。

內(nèi)置式主要有：磁致伸縮效應(yīng)位移傳感器、超聲波原理的位移傳感器、利用霍爾或電渦流效應(yīng)的液壓缸位移檢測(cè)方法等。其特點(diǎn)是，磁致伸縮和超聲波式檢測(cè)方法精度很高，使用方便，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工制造不太容易，涉及到傳感器耐高壓的問題，成本也很高，廣泛應(yīng)用于行程較長(zhǎng)、精度要求高的場(chǎng)合。


但在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合。如水利工程中控制閘門啟閉的液壓缸和艦船中的一些 控制裝置，液壓缸的行程特別長(zhǎng)，上述方法就無法勝任。一種好的方法是利用電渦流或霍爾開關(guān)，配合液壓缸的特殊工藝，內(nèi)置檢測(cè)其位移。

這種位移檢測(cè)系統(tǒng)可集成在液壓缸內(nèi)，具有傳感器固定不動(dòng)，非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍不受限制，相對(duì)精度高；可做成防爆型式，用于安全級(jí)別高的場(chǎng)合；檢測(cè)系統(tǒng)輸出為脈沖數(shù)字信號(hào)，可直接與計(jì)算機(jī)或可編程序控制器連接等特點(diǎn)。

利用霍爾效應(yīng)測(cè)量液壓缸位移方法

在一個(gè)半導(dǎo)體薄片相對(duì)兩側(cè)面通以控制電流I。在薄片垂直方向加磁場(chǎng)B， 則在半導(dǎo)體另兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流I和磁場(chǎng)B乘積呈正比的電動(dòng)勢(shì)，這一現(xiàn)象 叫做霍爾效應(yīng)，其所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為霍爾電勢(shì)，所用的薄片稱為霍爾元件。


當(dāng)控制電流不變，使傳感器處于非均勻磁場(chǎng)時(shí)，傳感器的輸出正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度，可反映出位置、角度或激磁電流的變化，即可用作無接觸位移連續(xù)測(cè)量或發(fā)訊裝置。由于霍爾開關(guān)有著在靜止?fàn)顟B(tài)下感受磁場(chǎng)的獨(dú)特能力，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型、頻率響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、無接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理等方面獲得了廣泛應(yīng)用。

本研究應(yīng)用這一效應(yīng)測(cè)量液壓缸位移系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。首先在活塞桿外表面加工出均勻的環(huán)形槽，將非導(dǎo)磁性材料，如工業(yè)陶瓷等填入凹槽內(nèi)，之后將活塞桿表面重新加工到規(guī)定的尺寸和光潔度。將霍爾開關(guān)垂直于活塞桿表面固定安放在離活塞桿軸有一定距離處，并在探頭與活塞桿表面之間一定位置處放置一水久磁鐵，即組成測(cè)量系統(tǒng)。

永久磁鐵的磁場(chǎng)大小及方向如圖中所示，磁力線從N級(jí)出發(fā)到S級(jí)形成閉合磁路，在活塞桿的臺(tái)階處，由于有金屬的導(dǎo)磁作用，使閉合磁路得以強(qiáng)化，霍爾開關(guān)感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度較大，有較大的電壓輸出，在活塞桿的凹槽處，由于有非導(dǎo)磁材料覆蓋層，金屬的導(dǎo)磁作用減弱，磁路強(qiáng)度減小，霍爾開關(guān)感應(yīng)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度減小，有較小的電壓輸出，這樣，在活塞桿運(yùn)動(dòng)過程中，霍爾開關(guān)就輸出交替變換的強(qiáng)弱電壓信號(hào)，經(jīng)電路變換后可轉(zhuǎn)換為一系列脈沖信號(hào)。對(duì)此信號(hào)進(jìn)行一定 處理，然后通過脈沖計(jì)數(shù)就可獲得液壓缸位移或速度的大小。

為了兼顧檢測(cè)精度和制造難度，工作時(shí)將兩個(gè)霍爾效應(yīng)或電渦流傳感器相距1/4螺距安裝，就產(chǎn)生相位差為90°的兩路方波輸出信號(hào)，如將四個(gè)這樣的傳感器相距1/8并排安裝在液壓缸前端蓋內(nèi)，輸出信號(hào)是四路相位差為45°的方波信號(hào)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)原始測(cè)量信號(hào)的4倍或8倍細(xì)化，同時(shí)辨別液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向。