博尔森嵌入式磁致伸缩位移传感器芯体

磁致伸缩位置检测技术已在工业设备中应用多年。为满足设备小型化、降本需求，行业衍生出一种新型应用方案：将微型传感器直接嵌入设备内部，这就是博尔森磁致伸缩传感器裸芯。该产品取消传统外壳，保留核心传感单元，结构更加精简。

无外壳设计让工程师可将其集成至各类设备内部，例如喷涂设备、点胶机、送料机构、XY位移平台、小型压力机、夹紧装置、机械手爪以及各类装配、流体输送工装。

嵌入式传感器依靠设备本体结构实现防护与固定，原理同常规电子元器件一致。但紧凑的安装空间，要求设计人员充分考虑外界磁场、机械结构对传感器读数造成的干扰。

选材要求

博尔森磁致伸缩传感器可穿透非导磁介质正常检测磁环位置，且全程无机械接触、零磨损。

重要要求：磁环与传感杆之间的介质必须为非铁磁材料，常用材质包括塑料、复合材料、陶瓷、铝合金、黄铜及大部分不锈钢（无导磁特性）。设备主体可使用铁磁材料，前提是铁磁部件不得介于磁环与传感杆之间。

博尔森磁致伸缩传感器是由磁环、电路模块、传感芯体匹配组成的一体化系统，所有部件经过专项优化，协同工作才能发挥最佳性能。因此，第三方通用磁环、其他品牌配套磁环，通常无法与本传感器匹配使用。

安装要点

安装方式直接影响使用效果。周边铁磁材料会分流、畸变磁场，进而劣化传感器性能，主要体现在线性度、信号稳定性、抗干扰能力与工作温区等方面。

---

环形磁环

环形（圆环状）磁环是博尔森磁致伸缩传感器的主流配套方案，传感杆从磁环中心穿过，综合性能最优，相比条形磁环，对安装偏差的容错性更高。得益于规整的外形与均匀磁场，磁环与传感杆不同轴产生的信号偏差会被大幅抑制。也可采用多块分体磁铁组合模拟环形结构，磁场均匀度略有下降，但不影响正常使用。

环形磁环标准极性：内径侧为N极，外径侧为S极。其余极性排布（内S外N、轴向南北分布）均无法正常工作。为保障稳定性，建议使用博尔森原厂配套磁环；原厂针对传感器特性精准设计磁场强度与分布，同时可提供第三方磁铁兼容性检测服务。

博尔森提供多种内外径规格的标准环形磁环。嵌入式场景若标准尺寸无法适配，请联系技术人员，并提供安装空间最大外径、内径、宽度尺寸，可按需定制成型磁环；大批量项目支持专属开模定制。

传感杆在环形磁环内孔中任意位置均可输出稳定强信号，杆体在内孔内小幅偏移，位置读数基本无变化，这得益于内圈均匀的磁场分布。安装时仍建议保证磁环与传感杆轴线垂直，并尽量居中。

设备结构会改变磁场对称性。博尔森原厂磁环在运动方向与横向均做了磁场对称设计，一旦磁场形态被破坏，会出现位置跳变、零点偏移等问题。将环形磁环安装在低碳钢等铁磁基材内，极易破坏磁场对称。

若磁环必须靠近铁磁部件，需在磁环周边预留禁入区，区内采用黄铜、铝、塑料或保留空气间隙。铁磁材料侵入禁入区，会造成位置偏移、温区变窄、信号噪声增大。用于固定磁环的挡圈、卡簧优先选用非铁磁材质；普通铁质紧固件因导磁体量小、磁场分流弱，一般不会造成明显影响。

---

纽扣/条形磁环

部分狭小空间无法使用环形磁环，博尔森提供纽扣磁环与条形磁环，实现侧面检测，二者有专属安装规范。

严格遵循产品规定的磁环表面与传感杆间隙（含公差），额定间隙下信号状态最佳：间隙过小易造成信号饱和，间隙过大则磁场不足、信号丢失。

现场装机前务必确认信号强度满足工况要求。磁环周边必须预留无铁磁材料的净空区。多数纽扣磁环无极性标识，需借助工装确认N极朝向传感杆。

通用安装准则：磁环周边禁入区半径不小于磁环半径的3倍。扁平纽扣/条形磁环的S极一侧大多可贴合铁磁材料，部分场景下铁磁底座还可起到聚磁作用，延长有效磁场覆盖范围。

传感杆（波导杆）可布置在铁磁结构内部，但磁环运动轨迹区域严禁铁磁材料介入。传感表头可完全内嵌于金属壳体（铁磁/非铁磁均可），非金属外壳无法提升电磁防护能力。

针对纽扣、条形磁环安装补充要求：

1. 传感杆四周任意位置，铁磁材料与杆体间距不得小于 13 mm；
2. 传感杆与磁环N极接触面之间，禁止出现任何铁磁材料。

---

剩磁影响

即便严格遵守禁入区要求，结构件内部的残余磁性仍可能引发位置漂移、线性变差、温区收窄、噪声升高等问题，部分不锈钢材质也存在此类现象。残余磁性多由冷加工、机械切削产生。例如带磁的活塞杆会改变配套磁环的原有磁场，削弱场强、破坏磁场对称，最终导致传感器性能下降。

可采用消磁处理解决该问题：使用常规消磁线圈（原理同老式显示器消磁器）通入交流电，对部件整体消磁，打乱内部磁畴排布，消除剩磁。

弯曲安装场景

传感器弯曲布置时需格外注意：弯曲半径越小，回传信号强度越弱。请提前联系博尔森工程师评估允许弯曲量、磁环选型及安装方案。每款传感器都有极限弯曲范围，超出后信号失效。设计时尽量选用更大弯曲半径，提升系统冗余。

弯曲工况基本只能选用条形/纽扣磁环，环形磁环难以在带固定间隙、导向槽的弯曲路径上顺畅运行。

安装要求：磁环沿传感器曲面运动时，必须保持额定间隙不变，且运动轨迹与杆体平行。间隙波动、轨迹偏移都会造成位置误差、缩小可用温区。

---

故障排查

设备出现异常时，逐步放大各部位安装间隙，定位故障点并观察现象变化，将测试数据反馈厂商，获取整改方案。

若怀疑结构件带磁，使用高斯计检测磁场：禁入区要求磁导率≤1.05，外界杂散磁场≤5高斯（0.5 mT）。超标区域需做消磁、加大间隙或更换材质处理。

复杂疑难问题可申请应用工程师现场支持。博尔森可为客户样机做全工况测试，验证不同结构方案的适配性。

---

磁致伸缩基本原理

磁致伸缩是铁磁材料（铁、镍、钴等）的固有物理特性：材料置于磁场中时，外形、尺寸会发生形变。

该特性源于材料内部磁畴（微型永磁单元）：无外加磁场时，磁畴无序排列；外加磁场作用下，磁畴定向排布，材料沿磁场方向产生形变。外磁场与磁畴的相互作用即为磁致伸缩效应。合金配方、热处理、冷加工、磁场强度，都会影响磁畴排布与形变幅度。

根据形变特性分为两类：

• 正磁致伸缩：磁场中材料体积膨胀
• 负磁致伸缩：磁场中材料收缩

磁场可引发机械形变；反之，机械受力形变也会改变材料磁导率等磁特性。博尔森磁致伸缩传感器同时利用这两种可逆效应完成测量。

完整测量流程

1. 向铁磁波导丝发射瞬时电流脉冲，形成轴向磁场；
2. 外置位置磁环提供横向磁场，两磁场交汇点瞬间产生扭转形变；
3. 扭转形变以约3000 m/s的声速，以超声波应变波形式沿波导丝双向传播；
4. 发射电流脉冲的同时启动计时计数器，应变波传回表头接收线圈时，计数器停止计时；
5. 根据声波传播速度与飞行时间，计算磁环绝对位置；计数时钟频率越高，测量分辨率越高；
6. 后端电路将时间信号转换为标准输出：直流电压、脉宽调制（PWM）等信号。