磁致伸縮位移傳感器在轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

唐天翼

（太原電務(wù)器材廠，山西 太原 030003）

轉(zhuǎn)轍機(jī)的缺口代表的是道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備所處的位置——定位或者是反位，也就是列車應(yīng)該是直股通過還是曲股通過。轉(zhuǎn)轍機(jī)的節(jié)點(diǎn)只有在缺口的檢查柱掉落到表示桿的槽中時(shí)才會(huì)打落，從而接通表示電路，證明打落這一側(cè)軌道為通路。信號(hào)樓只能通過電信號(hào)識(shí)別轉(zhuǎn)轍機(jī)的狀態(tài)，所以從任何角度來說，缺口顯示都是不能出錯(cuò)的。缺口檢查在日常維護(hù)工作中，是十分重要的一個(gè)內(nèi)容。我國(guó)現(xiàn)有鐵路運(yùn)行中有兩個(gè)特點(diǎn)：貨運(yùn)車輛的特點(diǎn)是重載，客運(yùn)車輛的特點(diǎn)是高速，這就使線路的情況變得十分復(fù)雜，道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的運(yùn)行受到了力量更大、頻率更高的沖擊。缺口標(biāo)準(zhǔn)為2±0.5 mm，付口為4±1.5 mm，在這種沖擊振動(dòng)下，很容易發(fā)生變化，這就凸顯了缺口監(jiān)測(cè)的重要性。

磁致伸縮位移傳感器，通過內(nèi)部非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán)的絕對(duì)位置來測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應(yīng)用于成千上萬的實(shí)際案例中。

由于作為確定位置的活動(dòng)磁環(huán)和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在極惡劣的工業(yè)環(huán)境中，不易受油漬、溶液、塵?；蚱渌廴镜挠绊?。此外，傳感器采用了高科技材料和先進(jìn)的電子處理技術(shù)，因而它能應(yīng)用在高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境中。傳感器輸出信號(hào)為絕對(duì)位移值，即使電源中斷、重接，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，更無需重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復(fù)檢測(cè)，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測(cè)的可靠性和使用壽命。

磁致伸縮位移傳感器，是利用磁致伸縮原理、通過兩個(gè)不同磁場(chǎng)相交產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)來準(zhǔn)確地測(cè)量位置的。測(cè)量元件是一根波導(dǎo)管，波導(dǎo)管內(nèi)的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測(cè)量過程是由傳感器的電子室內(nèi)產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸，從而在波導(dǎo)管外產(chǎn)生一個(gè)圓周磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)和套在波導(dǎo)管上作為位置變化的活動(dòng)磁環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)相交時(shí)，由于磁致伸縮的作用，波導(dǎo)管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)，這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測(cè)到。由于這個(gè)應(yīng)變機(jī)械波脈沖信號(hào)在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸時(shí)間和活動(dòng)磁環(huán)與電子室之間的距離成正比，通過測(cè)量時(shí)間，就可以高度精確地確定這個(gè)距離。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的絕對(duì)值，而不是比例的或放大處理的信號(hào)，所以不存在信號(hào)漂移或變值的情況，更無需定期重標(biāo)。

見圖1，位于圖中心的矩形部分就是磁致伸縮位移傳感器的核心——波導(dǎo)管，是被封裝在鋁殼內(nèi)，在它上方的是特制磁鐵，磁鐵在波導(dǎo)管上方往復(fù)運(yùn)動(dòng)，波導(dǎo)管的感應(yīng)元件產(chǎn)生感應(yīng)形變，而發(fā)射脈沖從形變位置指向接收端，并進(jìn)入接收端，通過采集每次脈沖的運(yùn)動(dòng)時(shí)間便可知道磁鐵相對(duì)于原有位置的變化。原理是s=vt，因此在傳感器的測(cè)量過程中，不用電路放大、不用重新標(biāo)定，是非常準(zhǔn)確的，具有很好的免維護(hù)特性。

圖1 磁致伸縮位移傳感器應(yīng)用原理

具體到在轉(zhuǎn)轍機(jī)上的應(yīng)用中，主要是通過它的絕對(duì)值測(cè)量來反映轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿的位置變化。安裝時(shí)需要把磁鐵固定到轉(zhuǎn)轍機(jī)的表示桿端部，波導(dǎo)管封裝在表示桿的保護(hù)管內(nèi)，很明顯磁鐵和封裝鋁管是不用接觸的。在轉(zhuǎn)轍機(jī)工作過程中，由于通過車的沖擊會(huì)引發(fā)劇烈的振動(dòng)，這種測(cè)量方式很好地避免了沖擊帶來的損傷。

但是這種傳感器的安裝也存在一定的問題。由圖1可知，波導(dǎo)管本身存在兩個(gè)不能測(cè)量的部分，分別稱之為零區(qū)和死區(qū)。這兩部分分別位于整只波導(dǎo)管的前端和后端，零區(qū)是為了安裝傳感器的電路部分，死區(qū)是衰減信號(hào)用的，這樣在安裝尺寸無形中就增大了將近150 mm。這種情況的出現(xiàn)是因?yàn)殡娨恨D(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作桿保護(hù)管比表示桿保護(hù)管在縱向上要長(zhǎng)240 mm，所以這種安裝方式不會(huì)導(dǎo)致侵線。

磁致伸縮位移傳感器的測(cè)量精度非常高，但功耗很低，只有70 mA左右，輸出在0～10VDC，不用特殊改進(jìn)，就可以與現(xiàn)有的轉(zhuǎn)轍機(jī)監(jiān)控軟件、硬件配合使用。

目前在使用中的轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)方式有兩種：一是旋轉(zhuǎn)編碼器，二是攝像頭監(jiān)測(cè)。旋轉(zhuǎn)編碼器輸出精度高，但是抗震性能差。攝像頭技術(shù)現(xiàn)在應(yīng)用較多，但是在既有線路改造的時(shí)候，攝像頭的安裝會(huì)給施工人員帶來很多不便。磁致伸縮位移傳感器的優(yōu)點(diǎn)是只要更換表示桿的保護(hù)管，在保護(hù)管端頭安裝磁鐵就可以了。如果電液轉(zhuǎn)轍機(jī)表示桿存在換向的問題，也不會(huì)有重新刻標(biāo)記和攝像頭位置被占用的問題。所以綜合上述分析，磁致伸縮位移傳感器完全可以勝任轉(zhuǎn)轍機(jī)缺口監(jiān)測(cè)。