一种新型低成本法－将磁滞伸缩传感器引入汽车市场

汽车工业，尤其是减震器制造商，长期以来一直为磁滞伸缩传感器的非接触设计，内部安装，高性能，精确的测量及可调节的输出等特点所吸引。然而，直到现在这些装置也只是主要用在工厂自动化中，这是因为它们相对小的批量生产决定了其较高的价格。
通过采用新的制造工艺，MTS系统公司已开发出了较低成本的磁滞伸缩传感器以满足汽车市场的需要。
基本特点
术语“磁滞伸缩”描述了一些材料在磁场存在下改变形状，收缩或扩张的趋势。通常一种材料的磁畴是随机分布的。当施加一个磁场时，这些磁畴将成行排列，导致材料形状的改变或伸长（见图1）。

利用这个特点，可将波导技术应用在磁滞伸缩线路中而生产出磁滞伸缩位置传感器，此类传感器的磁滞效应能引起应变脉冲。由于传播的速度是恒定和可重复的，这样通过测量脉冲的时间就可知道所需的距离，脉冲由两个磁场的瞬间交互作用产生（见图2）。

其中，一个磁场由一个永久磁铁产生，经过传感器管的外面。另一个磁场则环绕着整个波导，它在一个询问脉冲施加于波导时产生。
在这两个磁场的交互作用点,即当前磁场位置，产生一个应变脉冲。应变脉冲或波以声音的速度沿着波导在波导合金中传播（3.54µs/cm），直到脉冲在传感器的端头被检测到（见图3）。

通过测量电子脉冲发射和应变脉冲到达之间的时间可以精确地计算出移动磁场的位置，从而实现无接触的位置传感而不磨损任何传感元件。

由于应变脉冲很小，在20-30µs数量级，因此对波导没有任何损耗。询问间隔决定于传感器的长度。典型频率是1-3kHz。
因为对每个沿传感器分布的磁场都会产生一个返回脉冲，因此可设计出监控两个位置的传感器。这样，一个传感器可进行不同的测量或监控两个不同的位置。利用这个特点，一个MTS的传感器可同时监测一根轴的线性运动以及旋转运动（見图4）。应用的一个例子是汽车的手动传送。当经过H模式时，变速杆的线性和旋转运动会自动模拟自动传送时的行为。
当前和将来的应用
定制的磁滞伸缩位置传感器现有多种汽车上的应用，包括Mercedes S 类自动车身控制系统（ABC系统）和Carrera 赛车缓冲器。其他市场包括医药器械设备。这些新型定制及标准磁滞伸缩传感器在产量大时可大大减少成本。同时它们也向设计工程师提供了一种具有非接触耐久性，通用包装和输出选择等功能的新型传感器。

降低制造成本的可行性
在工业磁滞伸缩传感器市场，对传感器的种类和性能要求越来越高，尽管传感器制造商一直在努力降低成本，但生产十来件工业机型的价格仍然在几百美元以上，这样就妨碍了它们的批量应用。
90年代中期，MTS将产品生产从单块结构转变到模块结构（见图片2），目的就是为加快新机型的设计和生产，促使基本的传感器元件成为低成本产品。

进入CSE
1998年，MTS引入一种新型基础传感器元件模块（CSE）以及低成本生产它所需的自动化生产线。CSE设计就是在传输线上进行流水线的自动生产(见图片3)。组件放置在一些合适岗位的箱子中，每个岗位选择一个组件，完成一专门的装配工作或进行粘结，焊接和测试。这 样可做到每17秒生产一个基础传感器元件模块。

一般来说典型的订单都在2500到10000件左右，这样就可将一个设备的成本分摊到许多传感器的成本上，从而降低传感器的销售价格。由于每个岗位每次都以同样的方式做同样的工作，并且每个岗位都有自动的质量保证检查，这样也就成品使质量得到了保证。
这些低成本的CSE 传感器元件模块与大量的电子模块包装组合完成最后的装配。MTS经常与自动包装厂商合作完成定制的装配或由用户自己完成。
汽车设备上所用的产品一般每年在5万到几十万件，再加上这些产品的技术适应性很强，这样就可使该产品符合在专门的组装线上生产，从保证产品的价格降低。
小批量生产的低成本
用量在50000件/年以上的用户可采用包装电子器件定制方式生产，这样可分摊研究开发的费用。但对2500-30000件/年的数量来说就不是这样。为了进入这部分商业市场，MTS将它的CSE基本传感器元件模块与标准电子器件相组合，并采用低成本的包装来生产一种标准的完整传感器（见图片4）。依靠标准化包装和电子器件，可免去研究开发专门装配线的资金，同时研究开发的时间也可以缩短。

CSE传感器的出现

新型基于CSE的传感器的首次应用是Mercedes S型自动车体控制系统（ABC系统）。在车身每个角装有一支螺杠，同时配备一个集成液压致动器和一个基于CSE的定制传感器（见图片5）。

此情况下，电子器件在杆中沿着传感器的轴放置。致动器控制预加负载，进而控制这个角的高度。
微计算机根据磁滞伸缩传感器的数据计算施加于每个弹簧的压力和作用时间。除此之外，安全是系统提供的主要优点。ABC系统能在几毫秒内稳定机身。例如当使用此系统时，摇晃的角度减少68%。
对于振动，每个汽缸能以最大到5Hz的频率移动。该系统也包括一个基于汽车载荷的自动自我平衡系统。此外，驾驶员可在低速时改变汽车高度25或50mm。当速度大于140kph时，车身自动下沉10mm以减轻空气阻力。

Carrera 缓冲器

Carrera 赛车缓冲器给予驾驶员和悬浮调节器更多的控制和调节能力。悬浮调节器在环境变化时调节得到更好的轨道性能。为达到这个目的，Carrera 在它的新型双调节MagneShock机型中使用了两个革新。第一个是采用在磁场中改变粘性的磁流变液体。Carrera 利用此特性来动态改变震动的衰减速度。第二个是Temposonics CSE。它测量震动和运动并反馈回控制器。