磁致伸缩式位移传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种磁致伸缩式位移传感器，该位移传感器采用时差测距法来对位移进行测量，利用两个不同的磁场相交来激发出扭转波，计算扭转波的传播时间，便能间接准确地进行位移测量。由中央控制单元、信号激励发生电路、信号处理电路、高速计时电路、ＲＳ４８５接口电路、供电电源电路和波导丝组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种位移传感器，具体地说，是指一种基于磁致伸缩技术的高精度位移传感器。
技术介绍
位移的测量方法有很多，主要有机械法测量、气动测量法、电磁测量法、光学法测量。其中，电磁测量方法能直接输出电信号，便于实现自控化的检测和控制。电磁测量法又可分为电位计式、霍尔式、应变式、电感式、磁栅式、电涡流式、电容式、磁致伸缩式等形式。电位计式位移传感器，结构及电路简单，成本低，但是机械结构不牢固；滑线式位移传感器测量结构牢固，但是分辨率差，噪声大；应变式位移传感器，尺寸小，成本低，灵敏度分辨率高，但测量的范围非常小，不能满足大量程应用场合的需求。霍耳式位移传感器结构简单，动态响应好，灵敏度分辨率高，可用于非接触测量，但是受介质和温度影响大，非线性也较大；电感式位移传感器灵敏度高，结构可靠、牢固，温度和湿度影响小，分辨率高，可实现非接触测量，但差动电感式的频响较低，差动变压器式存在零点残余电压，电涡流式易受被测导体物理性能、几何形状及尺寸的影响，并线性范围窄。电容式位移传感器结构简单，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，可实现非接触测，但受介质和温度影响大。而磁致伸缩式位移传感器检测精度高、线性度高、环境适应性强、稳定性好、安装方便、可实现多参数、长距离测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁致伸缩式位移传感器，该位移传感器采用时差测距法来对位移进行测量，利用两个不同的磁场相交来激发出扭转波，计算扭转波的传播时间，便能间接准确地进行位移测量。本专利技术是一种磁致伸缩式位移传感器，由中央控制单元、信号激励发生电路、信号处理电路、高速计时电路、RS485接口电路、供电电源电路和波导丝组成；RS485接口电路实现与外部设备的通讯，供电电源电路为本专利技术传感器提供所需电源。所述中央控制单元，用于输出激励发生信号f0给信号激励发生电路，输出信号处理控制信号f6给信号处理电路，输出时间读取请求信息f7给高速计时电路；中央处理单元控制信号激励发生电路产生激励脉冲信号f1，并接收信号处理电路的回波到达信号f8。所述信号激励发生电路，用于产生激励脉冲信号f1的同时，向高速计时电路输出计时启动信号f2。所述信号处理电路，用于向高速计时电路输出停止计时信号f5，并输出回波到达信号f8通知中央处理单元。所述高速计时电路，用于接收信号激励发生电路输出的启动计时信号f2，并作计时处理；接收信号处理电路输出的停止计时信号f5，并作停止计时处理；接收中央控制单元输出的时间读取请求信息f7，并根据该信息输出时间值信息f3给中央控制单元。所述波导丝，用于在受到激励脉冲信号f1时，会在磁环的位置产生磁致伸缩效应，产生扭转波信号f4给信号处理电路。本专利技术磁致伸缩式位移传感器的优点在于(1)高速计时电路采用了高精度的差动检测方式，大大提高共模抑制比，提高了测量精度，并增强了抗干扰能力。(2)信号处理电路采用了滑动平均与防脉冲干扰的数字处理技术，提高了传感器系统的抗干扰性和稳定性。(3)传感器的测量精度高，分辨率优于0.01％FS，实现了高精度的位置定位于监测，满足了工业场合，对高精度位移测量的要求。(4)采用通用、低功耗的单片机芯片来进行设计，大大减小了传感器的功耗和成本，提高了性价比。(5)数字量输出，满足数字化的要求。并带有RS-485总线，方便传输与控制。附图说明图1是本专利技术磁致伸缩式位移传感器的结构框图。图2是本专利技术中央控制单元电路图。图3是本专利技术RS485接口电路图。图4是本专利技术高速计时电路图。图5是本专利技术信号处理电路图。图6是本专利技术信号激励发生电路图。图7是本专利技术供电电源电路图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种磁致伸缩式位移传感器，由中央控制单元、信号激励发生电路、信号处理电路、高速计时电路、RS485接口电路、供电电源电路和波导丝组成；RS485接口电路实现与外部设备的通讯，供电电源电路为本专利技术传感器提供所需电源。本专利技术中各部分的信息传输如下一、中央处理单元在本专利技术中，中央处理单元采用性价比较高的单片机(Atmega8L)来实现磁致伸缩式位移传感器中各个模块间的控制，其中，输出激励发生信号f0给信号激励发生电路，输出信号处理控制信号f6给信号处理电路，输出时间读取请求信息f7给高速计时电路；中央处理单元控制信号激励发生电路产生激励脉冲信号f1，并接收信号处理电路的回波到达信号f8。当回波到达信号f8到达时，中央处理单元从高速计时电路中读取时间信息f3，并通过滑动平均与防脉冲干扰的数字滤波方法计算出高精度的时间量，并将该时间量换算成位移量，经RS485接口电路输出。单片机U8的外部中断输入端1与单片机U8的激励信号输出端26联接，单片机U8的LED控制输出端23、24、25分别联接有指示灯，单片机复位信号端29与复位电路联接，单片机U6的总线允许信号输出端11分别与485总线模块U12的发送允许端3、485总线模块U12的接收允许端2联接，单片机U8的串口数据发送端31与485总线模块U12的数据发送端4联接，单片机U8的串口数据接收端30与485总线模块U12的数据接收端1联接，单片机U8的电源输入正端4、6、18分别与+5V电源联接，单片机U8的模拟电压基准端20与+5V电源联接，单片机U8的电源输入负端3、5、21接数字地。二、信号激励发生电路在本专利技术中，信号激励发生电路用来产生激励脉冲信号，并对信号进行功率放大。产生信号的时间以及类型由中央控制单元来控制。针对波导丝材料特性和具体参数，产生激励脉冲信号f1，所述激励脉冲信号f1能在波导丝中产生最优的扭转波信号。产生激励信号的同时，向高速计时电路输出计时启动信号f2。单片机U8的激励信号输出端26与反相器U13的信号输入端1联接，并通过电阻R5与+5V电源联接；反相器U13的信号输出端2与三级管Q1的基极端B、三级管Q3的基极端B联接，并通过电阻R6与+5V电源联接；三级管Q1的集电极端C与+5V电源联接，三级管Q1的发射极端E与三级管Q3的发射极端E、场效应管Q2的栅极端1联接，三级管Q3的集电极端C接地，场效应管Q2的漏极端3接地，场效应管Q2的源极端2直接与磁致伸缩波导丝联接，向磁致伸缩波导丝发出激励信号。三、信号处理电路在本专利技术中，信号处理电路用于对扭转波信号进行接收和处理，提取位置信号。信号处理电路采用集成的仪用差分放大芯片进行高共模抑制比放大。经过放大后的信号，通过高速比较器精确提取回波信号。提取到回波信号的同时，向高速计时电路输出停止计时信号f5，并输出回波到达信号f8通知中央处理单元。第一线圈P2的输出正端2与仪用放大器U3的正向输入端2联接，第一线圈P2的输出负端1与第二线圈P4的输出正端2联接并接地，第二线圈P4的输出负端1与仪用放大器U3的反向输入端3联接；仪用放大器U3的增益控制端1、8分别与电阻R3的两端联接，对放大器的增益进行控制和调节；仪用放大器U3的电源输入正端7与+5V电源联接后经滤波电容C5接地，仪用放大器U3的电源输入负端4与-5V电源联接后经滤波电容C7接地，仪用放大器U3的输出参考端5接地，仪用放大器U3的输出端与模拟开关U4的常闭端3联接，完成双路差分信号的放大；模拟开关U4的常开端1接地，模拟开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致伸缩式位移传感器，包括中央控制单元、信号处理电路、ＲＳ４８５接口电路、供电电源电路，其特征在于：还包括信号激励发生电路、高速计时电路和波导丝；所述中央控制单元，用于输出激励发生信号ｆ↓［０］给信号激励发生电路，输出信号处理控 制信号ｆ↓［６］给信号处理电路，输出时间读取请求信息ｆ↓［７］给高速计时电路；中央处理单元控制信号激励发生电路产生激励脉冲信号ｆ↓［１］，并接收信号处理电路的回波到达信号ｆ↓［８］；所述信号激励发生电路，用于产生激励脉冲信号ｆ↓［１ ］的同时，向高速计时电路输出计时启动信号ｆ↓［２］；所述信号处理电路，用于向高速计时电路输出停止计时信号ｆ↓［５］，并输出回波到达信号ｆ↓［８］通知中央处理单元；所述高速计时电路，用于接收信号激励发生电路输出的启动计时信号ｆ ↓［２］，并作计时处理；接收信号处理电路输出的停止计时信号ｆ↓［５］，并作停止计时处理；接收中央控制单元输出的时间读取请求信息ｆ↓［７］，并根据该信息输出时间值信息ｆ↓［３］给中央控制单元；所述波导丝，用于在受到激励脉冲信号ｆ↓［１ ］时，会在磁环的位置产生磁致伸缩效应，产生扭转波信号ｆ↓［４］给信号处理电路。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁梅，孙东亚，孙可，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]