一种磁致伸缩传感器的时差比例位移测量方法技术

本发明专利技术公开了一种磁致伸缩传感器的时差比例位移测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)由脉冲信号产生与接收模块触发产生周期性的激励始发脉冲送至磁致伸缩位移传感器波导丝输入端，2)脉冲信号产生与接收模块采集激励信号发生时刻记录为t1，信号从测量位置到达线圈的时刻记录为t2，信号经过波导丝始端返回到线圈的时刻记录为t3；3)结合信号到达线圈各个时刻及根据数学原理推理可得所测位移大小为：本发明专利技术利用扭转波传播速度和系统自身时钟频率发生变化时，误差量通过上述计算式相互抵消，保证了测量的精度，且本发明专利技术有针对性滤除杂波信号，将特定的噪声信号加以提取利用，巧妙地避免了降噪效果不佳带来的误差问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)由脉冲信号产生与接收模块触发产生周期性的激励始发脉冲送至磁致伸缩位移传感器波导丝输入端，2)脉冲信号产生与接收模块采集激励信号发生时刻记录为t1，信号从测量位置到达线圈的时刻记录为t2，信号经过波导丝始端返回到线圈的时刻记录为t3；3)结合信号到达线圈各个时刻及根据数学原理推理可得所测位移大小为：本专利技术利用扭转波传播速度和系统自身时钟频率发生变化时，误差量通过上述计算式相互抵消，保证了测量的精度，且本专利技术有针对性滤除杂波信号，将特定的噪声信号加以提取利用，巧妙地避免了降噪效果不佳带来的误差问题。【专利说明】
本专利技术属于传感器技术，具体是涉及一种磁致伸缩传感器的时差比例位移测量方 法。
技术介绍
磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩材料的威德曼（Wiedeman)效应和威拉里 (Villary)效应来实现绝对位移测量的非接触测量器，具有非接触、精度高、速度快、防护等 级高、成本低等卓越特性，被广泛应用于机械、建筑、机床等行业。 对于磁致伸缩位移传感器位移测量的研究，主要集中在对扭转波到达时刻的提取 以及如何降低系统中干扰信号方面。扭转波传播在2800m/s左右，根据磁致伸缩位移传感 器的测量原理，这就要求当扭转波按已知的速度到达线圈时，处理器能够立即响应，获取信 号到达时刻。同时，在系统中噪声干扰信号也伴随存在，影响处理器做出获取信号到达时刻 的判断。要获得较纯净的扭转波信号，也要保证扭转波的传播速度不受外界影响，必然对抑 制和去除干扰信号提出了更高的要求。 目前计算位移所采用的公式为X = vxt中，X表示所测位移，V表示扭转波在波 导丝上传播的速度，t表示扭转波在波导丝上传播的时间。目前单片机的时钟振荡频率会 因长时间工作等外部因素产生漂移现象。按现有的方法测量，测量相同的位移，根据公式X =vXt，在一个测量周期内默认频率不发生变化，若实际频率偏高，时钟计数值偏大，时间 与速度乘积偏大，导致X值偏大，误差产生。而当测量系统受外界温度变化影响，波导丝老 化，会造成扭转波传播速度漂移现象。按现有的方法测量，当测量定长时，X = VX t，当实际 速度减小，测量时间变大，而系统默认的速度未变，则导致速度与时间的乘积变大，导致测 量结果偏大，产生偏差。 申请号为201010117461. 9的专利申请公开了"低噪声磁致伸缩位移传感器"。该 专利技术提出了一种差动式线圈结构接入电路进行降噪的思想，外加屏蔽器、阻尼器件，降噪效 果明显，提高了检测精度。但该专利技术结构复杂，工艺精细，且在外设的屏蔽器、阻尼器安装效 果不佳、外界时钟频率发生变化或波导丝材质发生变化引起扭转波速度发生变化时，同样 会影响测量精度。 申请号为201010117458. 7的专利申请公开了"双丝差动型磁致伸缩位移传感 器"。该专利技术提供了两组信号发生组件拾取磁铁组件的位置信息，由于两个感应线圈反向串 联构成差动形式，两组信号发生组件中的噪声信号是相同的，总的输出信号中干扰与噪声 会显著降低，提高了检测精度。但该装置结构复杂，安装繁琐，成本较大，且波导丝中只要有 一根出现异常，就会导致降低干扰与噪声的效果不佳，从而影响测量精度。而且在外界时钟 频率发生变化或波导丝材质发生变化引起扭转波速度发生变化时，导致误差产生，同样会 影响测量精度。 由此可见，上述现有的磁致伸缩位移传感器位移测量方法，显然仍存有不便与缺 陷，而亟待加以进一步改进。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供了一种将扭转波返回信号充分利用，减 少了复杂的降噪滤波系统，从而简化了系统，节约了成本，提高了计算精度的磁致伸缩传感 器的时差比例位移测量方法。 为了解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是： ，其特征在于：所述方法包括以下 步骤： 1)、由脉冲信号产生与接收模块触发产生周期性的激励始发脉冲送至磁致伸缩位 移传感器波导丝输入端，磁致伸缩位移传感器输出端输出电压脉冲信号经信号处理模块传 输至单片机进行处理； 2)、脉冲信号产生与接收模块采集激励信号发生时刻记录为，信号从测量位置 到达线圈的时刻记录为t 2，信号经过波导丝始端返回到线圈的时刻记录为t3 ; 3)、由于在制作传感器时，激励信号始端和感应线圈之间的距离固定为L，结合信 号到达线圈各个时刻及根据数学原理推理可得所测位移大小为： 【权利要求】1. ，其特征在于：所述方法包括以下步 骤： 1) 、由脉冲信号产生与接收模块触发产生周期性的激励始发脉冲送至磁致伸缩位移传 感器波导丝输入端，磁致伸缩位移传感器输出端输出电压脉冲信号经信号处理模块传输至 单片机进行处理； 2) 、脉冲信号产生与接收模块采集激励信号发生时刻记录为，信号从测量位置到达 线圈的时刻记录为t2，信号经过波导丝始端返回到线圈的时刻记录为t 3; 3) 、由于在制作传感器时，激励信号始端和感应线圈之间的距离固定为L，结合信号到 达线圈各个时刻及根据数学原理推理可得所测位移大小为：其中X表示所测位移； 4) 、将2)式中的时间数据量依据上述所给公式计算得出最终测量位移。2. 根据权利要求1所述的，其特征在 于：所述脉冲信号产生与接收模块包括单片机、三极管射极跟随缓冲电路和N沟道增强型 MOSFET管，所述单片机经过三极管射极跟随缓冲电路将脉冲信号进行放大再通过N沟道增 强型MOSFET管送至磁致伸缩位移传感器输入端波导丝输入端。3. 根据权利要求2所述的，其特征在 于：所述信号处理模块包括信号放大电路、低通滤波电路和带阻滤波电路，所述信号放大电 路集成了第一级放大电路和第二级放大电路，所述磁致伸缩位移传感输送的电压信号经第 一级放大电路放大，所述第一级放大电路的输出信号经过低通滤波电路滤掉高频部分的信 号，所述低频信号再经过带阻滤波电路滤除固有频率干扰，然后信号再通过第二级放大电 路放大再输送给脉冲信号产生与接收模块的单片机进行处理。4. 根据权利要求3所述的，其特征在 于：所述单片机还与晶振电路连接。5. 根据权利要求4所述的，其特征在 于：所述单片机采用MSP430F5172芯片，供电电压为3. 3V电压。6. 根据权利要求5所述的，其特征在 于：所述信号放大电路采用0PA2899放大芯片。【文档编号】G01B7/02GK104154851SQ201410401336【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日 【专利技术者】陆晓春, 杨欣红, 黄皎, 马季, 邱春毓, 尹涛 申请人:河海大学常州校区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致伸缩传感器的时差比例位移测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)、由脉冲信号产生与接收模块触发产生周期性的激励始发脉冲送至磁致伸缩位移传感器波导丝输入端，磁致伸缩位移传感器输出端输出电压脉冲信号经信号处理模块传输至单片机进行处理；2)、脉冲信号产生与接收模块采集激励信号发生时刻记录为t1，信号从测量位置到达线圈的时刻记录为t2，信号经过波导丝始端返回到线圈的时刻记录为t3；3)、由于在制作传感器时，激励信号始端和感应线圈之间的距离固定为L，结合信号到达线圈各个时刻及根据数学原理推理可得所测位移大小为：其中X表示所测位移；4)、将2)式中的时间数据量依据上述所给公式计算得出最终测量位移。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆晓春，杨欣红，黄皎，马季，邱春毓，尹涛，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32