磁致伸縮位移傳感器在轉轍機缺口監測中的應用

唐天翼

（太原電務器材廠，山西 太原 030003）

轉轍機的缺口代表的是道岔轉換設備所處的位置——定位或者是反位，也就是列車應該是直股通過還是曲股通過。轉轍機的節點只有在缺口的檢查柱掉落到表示桿的槽中時才會打落，從而接通表示電路，證明打落這一側軌道為通路。信號樓只能通過電信號識別轉轍機的狀態，所以從任何角度來說，缺口顯示都是不能出錯的。缺口檢查在日常維護工作中，是十分重要的一個內容。我國現有鐵路運行中有兩個特點：貨運車輛的特點是重載，客運車輛的特點是高速，這就使線路的情況變得十分復雜，道岔轉換設備的運行受到了力量更大、頻率更高的沖擊。缺口標準為2±0.5 mm，付口為4±1.5 mm，在這種沖擊振動下，很容易發生變化，這就凸顯了缺口監測的重要性。

磁致伸縮位移傳感器，通過內部非接觸式的測控技術精確地檢測活動磁環的絕對位置來測量被檢測產品的實際位移值；該傳感器的高精度和高可靠性已被廣泛應用于成千上萬的實際案例中。

由于作為確定位置的活動磁環和敏感元件并無直接接觸，因此傳感器可應用在極惡劣的工業環境中，不易受油漬、溶液、塵埃或其他污染的影響。此外，傳感器采用了高科技材料和先進的電子處理技術，因而它能應用在高溫、高壓和高振蕩的環境中。傳感器輸出信號為絕對位移值，即使電源中斷、重接，數據也不會丟失，更無需重新歸零。由于敏感元件是非接觸的，就算不斷重復檢測，也不會對傳感器造成任何磨損，可以大大地提高檢測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、通過兩個不同磁場相交產生一個應變脈沖信號來準確地測量位置的。測量元件是一根波導管，波導管內的敏感元件由特殊的磁致伸縮材料制成的。測量過程是由傳感器的電子室內產生電流脈沖，該電流脈沖在波導管內傳輸，從而在波導管外產生一個圓周磁場，當該磁場和套在波導管上作為位置變化的活動磁環產生的磁場相交時，由于磁致伸縮的作用，波導管內會產生一個應變機械波脈沖信號，這個應變機械波脈沖信號以固定的聲音速度傳輸，并很快被電子室所檢測到。由于這個應變機械波脈沖信號在波導管內的傳輸時間和活動磁環與電子室之間的距離成正比，通過測量時間，就可以高度精確地確定這個距離。由于輸出信號是一個真正的絕對值，而不是比例的或放大處理的信號，所以不存在信號漂移或變值的情況，更無需定期重標。

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——波導管，是被封裝在鋁殼內，在它上方的是特制磁鐵，磁鐵在波導管上方往復運動，波導管的感應元件產生感應形變，而發射脈沖從形變位置指向接收端，并進入接收端，通過采集每次脈沖的運動時間便可知道磁鐵相對于原有位置的變化。原理是s=vt，因此在傳感器的測量過程中，不用電路放大、不用重新標定，是非常準確的，具有很好的免維護特性。

圖1 磁致伸縮位移傳感器應用原理

具體到在轉轍機上的應用中，主要是通過它的絕對值測量來反映轉轍機表示桿的位置變化。安裝時需要把磁鐵固定到轉轍機的表示桿端部，波導管封裝在表示桿的保護管內，很明顯磁鐵和封裝鋁管是不用接觸的。在轉轍機工作過程中，由于通過車的沖擊會引發劇烈的振動，這種測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，波導管本身存在兩個不能測量的部分，分別稱之為零區和死區。這兩部分分別位于整只波導管的前端和后端，零區是為了安裝傳感器的電路部分，死區是衰減信號用的，這樣在安裝尺寸無形中就增大了將近150 mm。這種情況的出現是因為電液轉轍機的動作桿保護管比表示桿保護管在縱向上要長240 mm，所以這種安裝方式不會導致侵線。

磁致伸縮位移傳感器的測量精度非常高，但功耗很低，只有70 mA左右，輸出在0～10VDC，不用特殊改進，就可以與現有的轉轍機監控軟件、硬件配合使用。

目前在使用中的轉轍機缺口監測方式有兩種：一是旋轉編碼器，二是攝像頭監測。旋轉編碼器輸出精度高，但是抗震性能差。攝像頭技術現在應用較多，但是在既有線路改造的時候，攝像頭的安裝會給施工人員帶來很多不便。磁致伸縮位移傳感器的優點是只要更換表示桿的保護管，在保護管端頭安裝磁鐵就可以了。如果電液轉轍機表示桿存在換向的問題，也不會有重新刻標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轍機缺口監測。