磁致伸缩位移传感器在转辙机缺口监测中的应用

唐天翼

（太原电务器材厂，山西 太原 030003）

转辙机的缺口代表的是道岔转换设备所处的位置——定位或者是反位，也就是列车应该是直股通过还是曲股通过。转辙机的节点只有在缺口的检查柱掉落到表示杆的槽中时才会打落，从而接通表示电路，证明打落这一侧轨道为通路。信号楼只能通过电信号识别转辙机的状态，所以从任何角度来说，缺口显示都是不能出错的。缺口检查在日常维护工作中，是十分重要的一个内容。我国现有铁路运行中有两个特点：货运车辆的特点是重载，客运车辆的特点是高速，这就使线路的情况变得十分复杂，道岔转换设备的运行受到了力量更大、频率更高的冲击。缺口标准为2±0.5 mm，付口为4±1.5 mm，在这种冲击振动下，很容易发生变化，这就凸显了缺口监测的重要性。

磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值；该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于成千上万的实际案例中。

由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其他污染的影响。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无需重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值，而不是比例的或放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更无需定期重标。

见图1，位于图中心的矩形部分就是磁致伸缩位移传感器的核心——波导管，是被封装在铝壳内，在它上方的是特制磁铁，磁铁在波导管上方往复运动，波导管的感应元件产生感应形变，而发射脉冲从形变位置指向接收端，并进入接收端，通过采集每次脉冲的运动时间便可知道磁铁相对于原有位置的变化。原理是s=vt，因此在传感器的测量过程中，不用电路放大、不用重新标定，是非常准确的，具有很好的免维护特性。

图1 磁致伸缩位移传感器应用原理

具体到在转辙机上的应用中，主要是通过它的绝对值测量来反映转辙机表示杆的位置变化。安装时需要把磁铁固定到转辙机的表示杆端部，波导管封装在表示杆的保护管内，很明显磁铁和封装铝管是不用接触的。在转辙机工作过程中，由于通过车的冲击会引发剧烈的振动，这种测量方式很好地避免了冲击带来的损伤。

但是这种传感器的安装也存在一定的问题。由图1可知，波导管本身存在两个不能测量的部分，分别称之为零区和死区。这两部分分别位于整只波导管的前端和后端，零区是为了安装传感器的电路部分，死区是衰减信号用的，这样在安装尺寸无形中就增大了将近150 mm。这种情况的出现是因为电液转辙机的动作杆保护管比表示杆保护管在纵向上要长240 mm，所以这种安装方式不会导致侵线。

磁致伸缩位移传感器的测量精度非常高，但功耗很低，只有70 mA左右，输出在0～10VDC，不用特殊改进，就可以与现有的转辙机监控软件、硬件配合使用。

目前在使用中的转辙机缺口监测方式有两种：一是旋转编码器，二是摄像头监测。旋转编码器输出精度高，但是抗震性能差。摄像头技术现在应用较多，但是在既有线路改造的时候，摄像头的安装会给施工人员带来很多不便。磁致伸缩位移传感器的优点是只要更换表示杆的保护管，在保护管端头安装磁铁就可以了。如果电液转辙机表示杆存在换向的问题，也不会有重新刻标记和摄像头位置被占用的问题。所以综合上述分析，磁致伸缩位移传感器完全可以胜任转辙机缺口监测。