高测量频率磁致伸缩传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种磁致伸缩传感器，可以用于位移测量和液位测量。所述传感器的测量模块中包括n个测量单元,其中n为大于等于2的自然数，各个测量单元用FIFO或者令牌流转或者轮询或者类似的仲裁机制，每次由一个空闲测量单元获得测量权，在一个测量单元所对应的回波尚未返回前就由另一个空闲测量单元发起一次新的测量，各激活后的测量单元按发起顺序依次获取回波信号。本发明专利技术的最高测量频率是原有设计产品的k倍，k为大于1的自然数。

【技术实现步骤摘要】
高测量频率磁致伸缩传感器
本专利技术涉及一种磁致伸缩传感器，可以用于位移测量和液位测量，特别涉及一种在测量频率上为传统产品n倍的磁致伸缩传感器，所述n为大于等于1的自然数。
技术介绍
磁致伸缩传感器，英文名称MagnetostrictiveSensor。是一种基于磁致伸缩魏德曼效应Wiedemanneffect制成的传感器。测量时，电子舱中的激励模块在敏感检测元件磁致伸缩波导丝两端施加一个查询脉冲，该脉冲以光速在波导丝周围形成周向安培环形磁场，该环形磁场与游标磁环的偏置永磁磁场发生耦合作用时，会在波导丝的表面形成魏德曼效应扭转应力波，扭转波以声速由产生点向波导丝的两端传播，传向末端的扭转波被阻尼器件吸收，传向激励端的信号则被检波装置接收，电子舱中的控制模块计算出查询脉冲与接收信号间的时间差，再乘以扭转应力波在波导材料中的传播速度约2830m/s，即可计算出扭转波发生位置与测量基准点间的距离，也即游标磁环在该瞬时相对于测量基准点间的绝对距离，从而实现对游标磁环位置的实时精确测量。查询脉冲是一种激励电信号，以光速运动，在现有磁致伸缩传感器量程不超过100米的情况下，信号传输时间都在us即微秒以下。而返回的扭力波是个超声波信号，传输速度远低于光速。当现有传感器以固定频率发射激励脉冲时，因为只有收到返回的扭力波回波信号后才算完成了一次测量。这样当游标运行到远离传感器首端即电子舱所在端时，因为回波信号返回的距离越来越远，信号传输时间也越来越长，测量频率就会低于当游标位置靠近传感器首端时。传感器量程越长，这个问题就会越明显。这样会带来如下技术弊端：全量程范围内测量频率不均匀；游标在远离传感器首端时测量频率下降，影响到对游标实时位置的精确测量，尤其在游标高速运行时，测量频率很难跟上运动速度。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提出了一种高测量频率磁致伸缩传感器，所述传感器包括电子舱、测杆和磁环游标，测杆内有波导丝，电子舱包括微处理器模块、测量模块、激励控制模块、驱动模块、检波模块、放大模块、整形模块、通道信号分离模块和输出接口模块。微处理器模块分别与测量模块、输出接口模块连接；测量模块分别与微处理器模块、激励控制模块连接；激励控制模块分别与测量模块、驱动模块连接；驱动模块分别与激励控制模块、波导丝连接；波导丝分别与驱动模块、检波模块连接；检波模块分别与波导丝、放大模块连接；放大模块分别与检波模块、整形模块连接；整形模块分别与放大模块、通道信号分离模块连接；通道信号分离模块分别与整形模块、测量模块连接；输出接口模块与微处理器模块连接。所述微处理器模块包括数据处理单元、数据合成单元、测量控制单元,数据处理单元分别与数据合成单元、测量控制单元连接。所述测量模块中有n个测量单元，其中n为大于等于2的自然数。另一种高测量频率磁致伸缩传感器，所述传感器包括电子舱、测杆和磁环游标，测杆内有波导丝，电子舱包括微处理器模块、测量模块、激励控制模块、驱动模块、检波模块、放大模块、整形模块和输出接口模块。微处理器模块分别与测量模块、输出接口模块连接；测量模块分别与微处理器模块、激励控制模块、整形模块连接；激励控制模块分别与测量模块、驱动模块连接；驱动模块分别与激励控制模块、波导丝连接；波导丝分别与驱动模块、检波模块连接；检波模块分别与波导丝、放大模块连接；放大模块分别与检波模块、整形模块连接；整形模块分别与放大模块、测量模块连接；输出接口模块与微处理器模块连接。所述的高测量频率磁致伸缩传感器，测量模块包括n个测量单元和一个通道信号分离单元，其中n为大于等于2的自然数。一种磁致伸缩传感器提高测量频率的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：磁致伸缩传感器的n个测量单元,其中n为大于等于2的自然数，其测量顺序为：当最近发起测量的测量单元Ui，其发起的测量所对应的回波尚未返回被检波模块接收之前，任一处于空闲状态测量控制单元Uj，独立控制激励控制模块发出激励信号，发起另一次测量，Ui与Uj发起测量的最小时间间隔为Tmin，Tmin等于一个回波信号长度周期的2倍；步骤二：通道信号分离模块将收到的回波信号，派送给按照先进先出原则组成的处于激活状态的测量单元队列中的首个测量单元，即当Ui对应的回波到达通道信号分离模块时，Ui是队列中的第一个测量单元，紧随其后的是Uj，测量单元接收到属于自己的回波信号后进行后续处理，完成处理后被标记成空闲状态。所述微处理器模块由不少于一个具备可编程能力的电子器件组成，所述电子器件具体形式包括单片机MCU、可编程逻辑控制器PLC、复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程逻辑门阵列FPGA、基于X86或ARM或POWERPC或MIPS架构的通用CPU和专用集成电路ASIC。所述数据处理单元是微处理器模块中的至少一块按预设程序运作的集成电路。所述数据合成单元是微处理器模块中的至少一个按预设程序运作的集成电路。所述测量控制单元是微处理器模块中的至少一个按预设程序运作的集成电路。微处理器模块负责总控传感器运作。它通过测量控制单元与测量模块交互，控制测量模块运作。它通过数据合成单元接收测量模块返回的测量数据，并通过数据处理单元计算后输出游标位置信息到输出接口模块。测量模块中的测量单元包括精密计数器和逻辑控制器。所述测量模块中的任一测量单元A，都能独立控制激励控制模块发出激励信号，并接收通道信号分离模块回传的对应于本次激励信号的专属于测量单元A的回波信号。在传感器工作过程中，在测量控制单元指令下，既能只由1个测量单元执行工作，也能由多于1个的测量单元按照特定的逻辑顺序组成测量单元组共同工作，起到超过单一测量单元测量频率的效果。激励控制模块是一组电路。负责与接收测量模块交互，并能按照任一测量单元A要求，设定激励信号的波形、电压、电流、上升沿时间、高电平时间、低电平时间和下降沿时间等参数。驱动模块是一组模拟电路，负责按照激励控制模块给定的参数，输出相应的激励信号，并将激励信号传输到波导丝上。波导丝是用镍-铁或镍-镓稀土材料制成的金属丝，是磁致伸缩魏特曼效应的载体，是传感器的物理层。当激励脉冲形成的环形磁场与游标磁环的偏置永磁磁场发生耦合作用时，会在波导丝的表面形成魏德曼效应扭转应力波。该回波信号被检波模块接收。检波模块是一种“声-电”换能器件，负责将回波的超声信号转化为相应电压和电流的电信号，并将该电信号传递到放大模块。检波模块中包含一个感应线圈，该线圈的轴向具有通孔，波导丝被安装在该孔的中心位置。感应线圈工作时，波导丝充当了铁芯的功能。当波导丝中有机械波传播时，波导丝作为铁芯的磁导率发生改变，导致通过感应线圈的磁通量改变，感应线圈上产生感应电动势，从而机械波信号被转变成电信号。放大模块包括前置级的仪表放大器、带通滤波器和后置级低噪声运算放大器，负责将检波模块传来的微弱电信号进行放大处理后成为瞬变的小波状信号，该信号后续被传输到信号整形模块。放大模块中的前置级采用仪表放大器，可以去除微弱电信号中的共模干扰；带通滤波器可以去除有用信号频带外的噪声成分，提高信噪比；后置级采用低噪声的运算放大器可以减少放大过程中引入的电子白噪声。整形模块是一组模拟电路，负责将放大模块传来的电信号整形成方波信号，以供测量模块使用。信号整形模块由高速低功耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高测量频率磁致伸缩传感器，所述传感器包括电子舱（1）、测杆（2）和磁环游标（3），测杆（2）内有波导丝（2‑1），其特征在于：电子舱（1）包括微处理器模块（1‑1）、测量模块（1‑2）、激励控制模块（1‑3）、驱动模块（1‑4）、检波模块（1‑5）、放大模块（1‑6）、整形模块（1‑7）、通道信号分离模块（1‑8）和输出接口模块（1‑9）。

【技术特征摘要】
1.一种高测量频率磁致伸缩传感器，所述传感器包括电子舱、测杆和磁环游标，测杆内有波导丝，其特征在于：电子舱包括微处理器模块、测量模块、激励控制模块、驱动模块、检波模块、放大模块、整形模块、通道信号分离模块和输出接口模块；微处理器模块分别与测量模块、输出接口模块连接；测量模块分别与微处理器模块、激励控制模块、通道信号分离模块连接；激励控制模块分别与测量模块、驱动模块连接；驱动模块分别与激励控制模块、波导丝连接；波导丝分别与驱动模块、检波模块连接；检波模块分别与波导丝、放大模块连接；放大模块分别与检波模块、整形模块连接；整形模块分别与放大模块、通道信号分离模块连接；通道信号分离模块分别与整形模块、测量模块连接；输出接口模块与微处理器模块连接；所述微处理器模块包括数据处理单元、数据合成单元、测量控制单元,数据处理单元分别与数据合成单元、测量控制单元连接；所述测量模块中有n个测量单元，其中n为大于等于2的自然数；测量时，每个测量单元独立发起激励信号，测量单元与通道信号分离模块配合完成对应回波信号的处理，不同的测量单元划分到不同的通道上，通道信号分离模块将回波信号传给对应的测量单元，在任一测量单元发起一次测量的回波返回到通道信号分离模块前，其他处于空闲状态的测量单元可独立发起一次测量，即同一时间在波导丝上有k个回波信号，k为大于1的自然数。2.一种高测量频率磁致伸缩传感器，所述传感器包括电子舱、测杆和磁环游标，测杆内有波导丝，其特征在于：电子舱包括微处理器模块、测量模块、激励控制模块、驱动模块、检波模块、放大模块、整形模块和输出接口模块；微处理器模块分别与测量模块、输出接口模块连接；测量模块分别与微处理器模块、激励控制模块、整形模块连接；激励控制模块分别与测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：车红昆，龚大成，
申请(专利权)人：车红昆，龚大成，
类型：发明
国别省市：江苏;32