本实用新型涉及一种新型的绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，属于仪器仪表技术领域中非接触式液压缸行程检测的新型测量仪器。
背景技术：
在现代水利水电行业中，闸门的启闭大多依靠液压缸来推动。人们需要随时知道闸门的开度状态，于是在液压缸上安装行程检测装置，来检测活塞杆的行程，从而检测出闸门开度的数值。目前，常用的测量闸门开度的位移传感器装置有很多种形式，大致可分为三种：钢丝绳旋转编码器、黑色陶瓷活塞杆加CIMS行程检测、磁致伸缩位移传感器。
钢丝绳旋转编码器是水利工程上最早成熟的产品，它的主要部件有：旋转编码器、钢丝绳、自动收缆装置。其测量原理是：当液压缸缸陶瓷活塞杆运动时，钢丝绳被拉动并带动旋转编码器旋转，从中便得知陶瓷活塞杆运动的距离，从而得出闸门的开度。钢丝绳旋转编码器在液压缸上的安装分为内置式与外置式。内置式精度高，抗干扰性强，受环境影响小，不用考虑冬季防冰冻问题，其缺点是安装要求较高，现场保养维护困难，一旦钢丝绳拉断，则有可能损伤液压缸内壁加工面，这不仅是传感器的更换，更涉及到液压缸本身的损伤与拆卸，工程量巨大。外置式钢丝绳可作为独立部件安装在液压缸表面或闸墙上，虽然有效避开内置式的缺点，但这种安装方式受环境因素影响较大，尤其是当钢丝绳浸入水中时，水流冲击、水面结冰、水中漂浮物等因素都会使读数失准。此外，钢丝绳还存在打滑和零点漂移等问题，影响读数稳定性。
陶瓷活塞杆传感器也是水利工程上较为常用的产品之一，主要部件有：陶瓷活塞杆、CIMS行程检测装置。陶瓷活塞杆在喷涂陶瓷之前做了刻槽预处理，CIMS行程检测装置安装在液压缸与陶瓷活塞杆的结合处，并通过采集陶瓷活塞杆上的多行小齿槽来确定陶瓷活塞杆的位移。这类传感器大多无法实现绝对编码，断电后须从零位开始检测，这在工业应用环境中是个重要缺陷，少数实现绝对编码，但都采用多行编码，制造困难，成本高。
磁致伸缩类位移传感器大多采用内置式，其核心原理是波导管在磁场中运动发出电信号来确定位移量。这类传感器虽然能够获得较高的精度，但其检测长度越长，误差则越大，目前其量程大多在5米内，行程过长对液压缸工作状态也有限制，液压缸水平状态时会导致波导管因挠度弯曲而磨损，导致传感器的使用寿命缩短，后期维护也不方便。
技术实现要素：
本实用新型针对上述现有技术的使用缺陷，提出一种新型的绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，可以实现绝对位置测量，不怕掉电；编码距离超长，适用于各种量程的液压缸行程测量；测量无接触，永不磨损。
在此基础上，本实用新型进一步提供一种测量方法可精确测量陶瓷活塞杆的位移量和绝对位置值，其量程范围从几十毫米到几十米，且测量精度高。
本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，包括缸筒、活塞杆、探测头；活塞杆金属杆体上刻有宽窄相等、深度相等、间距不等的环形槽，所有环形槽内由陶瓷层覆盖填充，且槽内陶瓷层表面与槽外陶瓷层表面平齐形成一体；其特征在于：环形槽和环形槽之间的无槽处间隔排列紧密组合形成绝对编码位置信息，所述探测头安装固定在缸筒和活塞杆的连接处并与活塞杆间隔设置，探测头内设置磁电阻传感器阵列模块，所述磁电阻传感器阵列模块设置为在活塞杆移动过程中，用来探测活塞杆上沟槽间隔排列以获取绝对编码位置信息。
进一步的，所述探测头上接有线缆，包含电源线和数据线，用来供电和传输数据。
进一步的，所述活塞杆上的环形槽和环形槽之间的无槽处紧密排列间隔组合形成绝对位置信息，包含一个环形槽的单位有槽区域为1，无槽处的一个与单位有槽区域等长度的单位无槽区域为0，单位有槽区域和单位无槽区域紧密排列不重叠，以二进制数排列形成设定位数的绝对位置编码。
进一步的，单位有槽区域或单位无槽区域沿活塞杆所占长度为4mm，绝对位置编码为16位二进制数。
进一步的，所述磁电阻传感器阵列模块上等间距排布有多个磁电阻传感器，各磁电阻传感器沿与活塞杆垂直的方向成直线分布，有磁电阻传感器的一面贴近活塞杆，且其阵列间隔方向与陶瓷活塞杆运动方向一致。
进一步的，上述量程范围从几十毫米到几十米。
采用绝对式陶瓷活塞杆位移传感器的测量方法，将含有绝对位置信息的编码，通过在活塞杆上刻槽处理表达出来，并利用磁电阻传感器阵列模块感应磁场强弱变化，并输出正余弦波形，精确测量活塞杆的位移量和绝对位置值。
进一步的，所述二进制数排列形成的设定位数绝对位置编码采用滚动随机生成的方式，最小移动间隔为单位二进制数长度；探测头读取设定位数的二进制编码，首位移入一位二进制数，末尾移出一位二进制数，形成新的设定位数的二进制编码，所述二进制编码对应此时的绝对位置，反向运动同理。
进一步的，探测头获取绝对位置信息的过程中，同时能够对绝对位置进行电子细分，以便得到单位二进制数长度的四分之一的精度。
综上，相对于现有技术，本实用新型绝对式陶瓷活塞杆位移传感器，陶瓷活塞杆上刻有宽度深度相等、间距不等的环形沟槽，这些沟槽的排列包含有绝对位置信息。探测头安装固定在缸筒与陶瓷活塞杆的连接处，与陶瓷活塞杆相对移动无接触，并且对沟槽序列进行探测，从而得出绝对位置信息。可以实现非接触式测量，其量程几乎不受限制，可以实现绝对位置测量，不怕掉电；编码距离超长，适用于各种量程的液压缸行程测量；测量无接触，永不磨损。可广泛应用于水利水电、工业机械、交通运输、绿色环保、军工装备等需要用到液压缸的领域。
附图说明
图1是本实用新型绝对式陶瓷活塞杆位移传感器的立体视图。
图2是本实用新型绝对式陶瓷活塞杆位移传感器的TMR阵列模块探测波形图。
图3是本实用新型绝对式陶瓷活塞杆位移传感器陶瓷活塞杆刻槽和滚动编码原理图。
图1-3中，各附图标记对应如下：1、缸筒； 2、陶瓷活塞杆； 3、探测头； 4、磁电阻传感器； 5、TMR阵列模块； 6、环形槽； 7、无槽处；8、某处绝对位置编码；9、相邻绝对位置编码。
具体实施方式
本实用新型的绝对式陶瓷活塞杆位移传感器结构示意图如图1所示，本实用新型陶瓷活塞杆位移传感器，包括有缸筒1、探测头3、金属杆体外部涂覆陶瓷层形成的陶瓷活塞杆2；金属杆体上刻有宽窄相等、深度相等、间距不等的环形槽6，这些环形槽6的组合包含有二进制绝对位置信息。所有环形槽6内由陶瓷层覆盖填充，且槽内与无槽处7的陶瓷层表面平齐形成一体，使该陶瓷活塞杆2外观与普通活塞杆无异；所述探测头3安装固定在缸筒1与陶瓷活塞杆2连接处，且与陶瓷活塞杆2表面相隔一定距离。探测头3中包含有核心探测部件TMR阵列模块5，用来探测陶瓷活塞杆2上的环形槽6排列情况，从而得知某处的绝对位置信息。所述TMR阵列模块5上等间距排布多个磁电阻传感器（TMR）4，成直线分布。所述探测头3有TMR的一面贴近陶瓷活塞杆，且其阵列方向与陶瓷活塞杆运动方向一致。
本实施例中，所述探测头3采用不锈钢材质，且全密封封装，耐候性好，可长期处于户外恶劣环境中使用。陶瓷活塞杆2上的环形槽6宽度为2mm，深度为2mm，包含一个环形槽6的单位有槽区域代表二进制1，无槽处7的一个单位无槽区域代表二进制0，形成绝对编码，且单位有槽区域（单个环形槽6槽宽加上左右无槽处7各1mm宽度）或单位无槽区域（无槽处7中的中间4mm，与单位有槽区域紧密排列不重叠）在陶瓷活塞杆2上所占长度均为4mm，即1或0的单位长度为4mm。当陶瓷活塞杆2运动时，探测头3探测到沟槽的最小移动距离为4mm，即TMR阵列模块5输出一个正/余弦波形，再对该波形进行电子细分，其测量精度可达到1mm。
所述TMR阵列模块5每间隔设定距离（mm级距离）排列一个磁电阻传感器（TMR）4，多个磁电阻传感器（TMR）4间隔排列以获取16位二进制编码，如图3的绝对位置编码8。当陶瓷活塞杆2运动时，所测编码沿运动方向一端滚入一位二进制数，反方向一端滚出一位二进制数，形成新的如图3的绝对编码值9。
本实用新型的工作原理：
本实用新型采用新型磁电阻传感器（TMR），利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应。TMR具有很高的灵敏度，可以检测微小的磁场变化。陶瓷活塞杆2的金属杆体（一般为45号钢或合金钢）具有一定的导磁性，在金属杆体表面刻槽后，有槽处会使磁阻产生变化，从而造成该处磁场强弱发生变化，当TMR通过沟槽时，检测出磁场的强弱并转换成电压的正余弦变化，输出检测信号。单个传感器对沟槽的检测信号如图2所示。
本实用新型的位移编码技术，采用16位不重复编码，以滚动随机生成的方式产生，以二进制方式表达。16位二进制编码中， 1表示有槽， 0表示无槽。以绝对编码0001000100010010(十进制4370)为例，如图3某处绝对位置编码8所示：从右往左第2，5，9，13位为1，则有槽，其它位为0，则无槽。
进一步的，16位不重复编码以滚动随机生成的方法产生，例如:绝对编码1000100010001001（十进制34953），向右移动一位，并随机加0或1，然后再取16位，得到新的16位数据0001000100010010（十进制4370，如图3某处绝对位置编码8所示），很显然随机加的为0，若加的数为1，则是0001000100010011（十进制4371，如图3中相邻绝对位置编码9所示），然后和之前形成的16位数据比较是否相同，若有相同的这组数据不能要，重新计算。这样不断的向右移动一位，并随机加0或1，然后取16位数据，再比较是否重复，这样的方式能得到大量的编码，16位的数据能产生50000个连续不重复编码，按单位4mm计算，编码长度长达200m。
本实用新型与其他现有技术相比，其优点如下：
1.非接触式测量，使用寿命长，稳定性高，可靠性高。
2.绝对值输出，上电即得绝对位置，不怕掉电。
3.测量范围广，从几十毫米至几十米均可测量，理论编码长度无限制，可用于超长距离的位移测量。
4.外观设计紧凑、精巧，安装维修方便，维护成本低廉。
5.环境适应能力强，不同的环境可选择不同的外型材料，耐腐蚀，耐高压，防水、防尘、防震，且具有宽泛的工作温度范围。
6.灵敏度高，可重复性好，线性度高，响应速度快可达到毫秒级，分辨率可达到1mm。
7.输入直流电源的范围广泛，可从5V到40V。多种输出接口方式可供选择：RS485、RS422、SSI、CAN、Modbus、TCP/IP、4-20mA、1-5V等。即可方便用户接入PC机、PLC，也方便用户接入各类仪表。