一種新型低成本法－將磁滯伸縮傳感器引入汽車市場

汽車工業，尤其是減震器制造商，長期以來一直為磁滯伸縮傳感器的非接觸設計，內部安裝，高性能，精確的測量及可調節的輸出等特點所吸引。然而，直到現在這些裝置也只是主要用在工廠自動化中，這是因為它們相對小的批量生產決定了其較高的價格。
通過采用新的制造工藝，MTS系統公司已開發出了較低成本的磁滯伸縮傳感器以滿足汽車市場的需要。
基本特點
術語“磁滯伸縮”描述了一些材料在磁場存在下改變形狀，收縮或擴張的趨勢。通常一種材料的磁疇是隨機分布的。當施加一個磁場時，這些磁疇將成行排列，導致材料形狀的改變或伸長（見圖1）。

利用這個特點，可將波導技術應用在磁滯伸縮線路中而生產出磁滯伸縮位置傳感器，此類傳感器的磁滯效應能引起應變脈沖。由于傳播的速度是恒定和可重復的，這樣通過測量脈沖的時間就可知道所需的距離，脈沖由兩個磁場的瞬間交互作用產生（見圖2）。

其中，一個磁場由一個永久磁鐵產生，經過傳感器管的外面。另一個磁場則環繞著整個波導，它在一個詢問脈沖施加于波導時產生。
在這兩個磁場的交互作用點,即當前磁場位置，產生一個應變脈沖。應變脈沖或波以聲音的速度沿著波導在波導合金中傳播（3.54µs/cm），直到脈沖在傳感器的端頭被檢測到（見圖3）。

通過測量電子脈沖發射和應變脈沖到達之間的時間可以精確地計算出移動磁場的位置，從而實現無接觸的位置傳感而不磨損任何傳感元件。

由于應變脈沖很小，在20-30µs數量級，因此對波導沒有任何損耗。詢問間隔決定于傳感器的長度。典型頻率是1-3kHz。
因為對每個沿傳感器分布的磁場都會產生一個返回脈沖，因此可設計出監控兩個位置的傳感器。這樣，一個傳感器可進行不同的測量或監控兩個不同的位置。利用這個特點，一個MTS的傳感器可同時監測一根軸的線性運動以及旋轉運動（見圖4）。應用的一個例子是汽車的手動傳送。當經過H模式時，變速桿的線性和旋轉運動會自動模擬自動傳送時的行為。
當前和將來的應用
定制的磁滯伸縮位置傳感器現有多種汽車上的應用，包括Mercedes S 類自動車身控制系統（ABC系統）和Carrera 賽車緩沖器。其他市場包括醫藥器械設備。這些新型定制及標準磁滯伸縮傳感器在產量大時可大大減少成本。同時它們也向設計工程師提供了一種具有非接觸耐久性，通用包裝和輸出選擇等功能的新型傳感器。

降低制造成本的可行性
在工業磁滯伸縮傳感器市場，對傳感器的種類和性能要求越來越高，盡管傳感器制造商一直在努力降低成本，但生產十來件工業機型的價格仍然在幾百美元以上，這樣就妨礙了它們的批量應用。
90年代中期，MTS將產品生產從單塊結構轉變到模塊結構（見圖片2），目的就是為加快新機型的設計和生產，促使基本的傳感器元件成為低成本產品。

進入CSE
1998年，MTS引入一種新型基礎傳感器元件模塊（CSE）以及低成本生產它所需的自動化生產線。CSE設計就是在傳輸線上進行流水線的自動生產(見圖片3)。組件放置在一些合適崗位的箱子中，每個崗位選擇一個組件，完成一專門的裝配工作或進行粘結，焊接和測試。這 樣可做到每17秒生產一個基礎傳感器元件模塊。

一般來說典型的訂單都在2500到10000件左右，這樣就可將一個設備的成本分攤到許多傳感器的成本上，從而降低傳感器的銷售價格。由于每個崗位每次都以同樣的方式做同樣的工作，并且每個崗位都有自動的質量保證檢查，這樣也就成品使質量得到了保證。
這些低成本的CSE 傳感器元件模塊與大量的電子模塊包裝組合完成最后的裝配。MTS經常與自動包裝廠商合作完成定制的裝配或由用戶自己完成。
汽車設備上所用的產品一般每年在5萬到幾十萬件，再加上這些產品的技術適應性很強，這樣就可使該產品符合在專門的組裝線上生產，從保證產品的價格降低。
小批量生產的低成本
用量在50000件/年以上的用戶可采用包裝電子器件定制方式生產，這樣可分攤研究開發的費用。但對2500-30000件/年的數量來說就不是這樣。為了進入這部分商業市場，MTS將它的CSE基本傳感器元件模塊與標準電子器件相組合，并采用低成本的包裝來生產一種標準的完整傳感器（見圖片4）。依靠標準化包裝和電子器件，可免去研究開發專門裝配線的資金，同時研究開發的時間也可以縮短。

CSE傳感器的出現

新型基于CSE的傳感器的首次應用是Mercedes S型自動車體控制系統（ABC系統）。在車身每個角裝有一支螺杠，同時配備一個集成液壓致動器和一個基于CSE的定制傳感器（見圖片5）。

此情況下，電子器件在桿中沿著傳感器的軸放置。致動器控制預加負載，進而控制這個角的高度。
微計算機根據磁滯伸縮傳感器的數據計算施加于每個彈簧的壓力和作用時間。除此之外，安全是系統提供的主要優點。ABC系統能在幾毫秒內穩定機身。例如當使用此系統時，搖晃的角度減少68%。
對于振動，每個汽缸能以最大到5Hz的頻率移動。該系統也包括一個基于汽車載荷的自動自我平衡系統。此外，駕駛員可在低速時改變汽車高度25或50mm。當速度大于140kph時，車身自動下沉10mm以減輕空氣阻力。

Carrera 緩沖器

Carrera 賽車緩沖器給予駕駛員和懸浮調節器更多的控制和調節能力。懸浮調節器在環境變化時調節得到更好的軌道性能。為達到這個目的，Carrera 在它的新型雙調節MagneShock機型中使用了兩個革新。第一個是采用在磁場中改變粘性的磁流變液體。Carrera 利用此特性來動態改變震動的衰減速度。第二個是Temposonics CSE。它測量震動和運動并反饋回控制器。