專利名稱：磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，屬于大專院校的電磁學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀是利用磁致直線位移傳感器所研制的實(shí)驗(yàn)儀。磁致直線位移傳感器是根據(jù)磁致伸縮原理制造的高精度、長(zhǎng)行程絕對(duì)位置測(cè)量的位移傳感器。它采用內(nèi)部非接觸的測(cè)量方式，由于測(cè)量用的活動(dòng)磁環(huán)和傳感器自身并無(wú)直接接觸，不至于被摩擦、磨損，因而其使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性高，它能夠適應(yīng)各種惡劣的エ業(yè)環(huán)境，并可對(duì)位移、速度做出精確的測(cè)量，因此磁致直線位移傳感器在冶金、機(jī)械位移的測(cè)量等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。磁致直線位移傳感器測(cè)量范圍寬，測(cè)量精度高(一般為0. 02% 0. 05%)，重復(fù)性好，且溫度系數(shù)較低，可以對(duì)距離、速度等多個(gè)參量進(jìn)行測(cè)量。再加上其安裝調(diào)試方便，輸出信號(hào)多祥，可以是模擬量、脈沖信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)儀的磁致直線位移傳感器由傳感器頭、波導(dǎo)管、波導(dǎo)管內(nèi)的波導(dǎo)絲以及內(nèi)含磁環(huán)的小車組成。傳感器利用磁致伸縮效應(yīng)工作，移動(dòng)的磁環(huán)在波導(dǎo)管中產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)，沿著波導(dǎo)絲傳播的脈沖遇到磁環(huán)的軸向磁場(chǎng)時(shí)形成螺旋型磁場(chǎng)，導(dǎo)致波導(dǎo)絲產(chǎn)生扭曲形變，從而激發(fā)扭轉(zhuǎn)彈性波，弾性波以恒定的超聲波速向波導(dǎo)管兩端傳播，超聲波被回波接收裝置接收轉(zhuǎn)化為電脈沖。因?yàn)槌暡ㄔ诓▽?dǎo)管中是以恒速傳播的，所以只要測(cè)出脈沖發(fā)射與脈沖接收之間的時(shí)間間隔乘以波速，即可得到磁環(huán)的位置，從而實(shí)現(xiàn)位置的測(cè)量。這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不斷的，所以每當(dāng)磁環(huán)移動(dòng)時(shí)，新的位置就會(huì)被測(cè)出來(lái)。應(yīng)用磁致直線位移傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)距離和速度測(cè)量，在實(shí)際中也有ー些測(cè)量類的應(yīng)用，但是在應(yīng)用中由于多數(shù)的都是整體封裝的結(jié)構(gòu)，所以學(xué)生不易很好的理解磁致直線位移傳感器的應(yīng)用，也缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器。而本實(shí)驗(yàn)儀采用透明的測(cè)量平臺(tái)側(cè)板，能直觀地顯示磁致直線位移傳感器的作用和過(guò)程，利于學(xué)生的對(duì)磁致直線位移傳感器作用的掌握。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器的不足，本實(shí)驗(yàn)儀提出了 一種結(jié)合磁致直線位移傳感器和透明的測(cè)量平臺(tái)，并通過(guò)新型的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行精確處理和控制的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀。同時(shí)通過(guò)磁致直線位移傳感器和數(shù)字信號(hào)處理器完成對(duì)運(yùn)動(dòng)小車距離、時(shí)間和速度的測(cè)量，使學(xué)生能完成對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量，并了解與掌握磁致直線位移傳感器的原理與應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)儀能滿足大專院校的力學(xué)、電磁學(xué)和物理等相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀由磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯速度表、四位數(shù)顯時(shí)間表、四位數(shù)顯距離表、電源指示、開(kāi)關(guān)、電源輸出和信號(hào)端ロ ；測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器、信號(hào)和電源線、波導(dǎo)管、測(cè)量平臺(tái)側(cè)板、帶磁環(huán)的小車、彈簧、平衡調(diào)節(jié)腳釘和水平液泡組成；磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)和控制電路。實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的控制系統(tǒng)采用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)TMS320C31芯片為核心，構(gòu)成了一個(gè)DSP處理和控制電路。MS320C31是TI公司數(shù)字信號(hào)處理器中的第三代產(chǎn)品，是32位的浮點(diǎn)型數(shù)字信號(hào)處理器，它的地址寬度24bits，指令周期為60ns，具有通用的寄存器組、程序高速緩存、專用的輔助寄存器運(yùn)算單元和內(nèi)部雙存取存儲(chǔ)器，同時(shí)具有程序引導(dǎo)功能，其程序引導(dǎo)功能使TMS320C31方便的將存儲(chǔ)單元和慢速的EPROM或其他標(biāo)準(zhǔn)器件中的程序裝載到快速的片內(nèi)RAM來(lái)運(yùn)行，這樣可以可在不降低運(yùn)行性能的條件下減少芯片，壓縮體積，降低成本。芯片上配置128KB RAM，它是16位64K的快速靜態(tài)RAM，其存儲(chǔ)速度為15ns，與TMS320C31連接時(shí)可以實(shí)現(xiàn)零等待。本實(shí)驗(yàn)儀的磁致直線位移傳感器采用美國(guó)MTS的LHMD600M06501A0型磁致直線位移傳感器，具有高速度、高可靠性，輸出精度標(biāo)準(zhǔn)為5 μ m,它具有M18X1.5型螺紋，公制D60插頭，同時(shí)行程可達(dá)650mm,輸出電流為4_20mA。本實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上的信號(hào)端口采用五芯航空插座。其測(cè)量平臺(tái)上的測(cè)量平臺(tái)側(cè)板由透明材料制成。

圖1是磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)圖，其中的I是四位數(shù)顯速度表，2是四位數(shù)顯時(shí)間表、3是四位數(shù)顯距離表，4是電源指示，5是開(kāi)關(guān)，6是電源輸出，7是信號(hào)端口。圖2是實(shí)驗(yàn)儀的測(cè)量平臺(tái)圖，其中的8是信號(hào)和電源線、9是磁致直線位移傳感器、10是波導(dǎo)管、11是測(cè)量平臺(tái)側(cè)板、12是帶磁環(huán)的小車、13是彈簧、14是平衡調(diào)節(jié)腳釘、15是水平液泡。圖3是實(shí)驗(yàn)儀電路系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖，下面具體說(shuō)明磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀的工作和電路情況。本實(shí)驗(yàn)儀采用的四位數(shù)顯表，其驅(qū)動(dòng)與顯示芯片采用的是專用芯片MAX7219，MAX7219是八位串行共陰LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)芯片，其峰值段電流可達(dá)40mA，最高串行掃描速率為10MHz，典型掃描速率為1300Hz，僅使用很少的I/O 口，即可完成對(duì)數(shù)碼管的顯示控制和驅(qū)動(dòng)，線路非常簡(jiǎn)單，控制方便。同時(shí)DSP需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器等外圍芯片，所以需要譯碼器進(jìn)行訪問(wèn)控制和地址譯碼，本實(shí)驗(yàn)儀譯碼電路采用的芯片是74F138。通常TMS320C31的時(shí)鐘頻率為33MHz，指令周期為60ns，因此運(yùn)行速度很快。外圍器件的運(yùn)行速度必須滿足DSP的定時(shí)要求。DSP允許35ns的讀訪問(wèn)時(shí)間，74F138從地址線輸入到片選信號(hào)輸出的延時(shí)小于10ns，有余量滿足DSP的定時(shí)要求。本實(shí)驗(yàn)儀A/D電路的AD轉(zhuǎn)換器選用美國(guó)AD公司的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD1674，它具有的采樣和轉(zhuǎn)換能力，片上自帶采樣與保持放大器能夠滿足系統(tǒng)的速度和精度要求。AD1674把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)送往TMS320C31進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。在測(cè)量平臺(tái)的使用中，結(jié)合調(diào)節(jié)平衡調(diào)節(jié)腳釘和水平液泡，使測(cè)量平臺(tái)保持水平，通過(guò)彈簧不同的壓縮程度，使小車具有不同的運(yùn)動(dòng)速度。本實(shí)驗(yàn)儀通過(guò)磁致直線位移傳感器的使用和測(cè)量，使學(xué)生能更好的理解和掌握磁致直線位移傳感器的規(guī)律和應(yīng)用特點(diǎn)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專院校的電磁學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
權(quán)利要求1.一種磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:由磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯速度表(I)、四位數(shù)顯時(shí)間表(2)、四位數(shù)顯距離表(3)、電源指示(4)、開(kāi)關(guān)(5)、電源輸出(6)和信號(hào)端口(7);測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器(9)、信號(hào)和電源線(8)、波導(dǎo)管(10)、測(cè)量平臺(tái)側(cè)板(11)、帶磁環(huán)的小車(12)、彈簧(13)、平衡調(diào)節(jié)腳釘(14)和水平液泡(15)組成；磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)和控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其磁致直線位移傳感器(9)采用美國(guó)MTS的LHMD600M06501A0型磁致直線位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)的數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C31。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上的信號(hào)端口(7)采用五芯航空插座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，其特征是:其測(cè)量平臺(tái)上的測(cè)量平臺(tái)側(cè)板(11)由透明 材料制成 。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀，由基于數(shù)字信號(hào)處理器的磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)和測(cè)量平臺(tái)組成，磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯速度表、四位數(shù)顯時(shí)間表和四位數(shù)顯距離表、開(kāi)關(guān)、電源輸出和信號(hào)端口，測(cè)量平臺(tái)由磁致直線位移傳感器、信號(hào)和電源線、波導(dǎo)管、帶磁環(huán)的小車、彈簧、水平液泡和平衡調(diào)節(jié)腳釘組成，磁致位移傳感實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有數(shù)字信號(hào)處理器及信號(hào)和控制電路。實(shí)驗(yàn)儀通過(guò)磁致直線位移傳感器的使用和測(cè)量，使學(xué)生能更好的理解和掌握磁致直線位移傳感器的規(guī)律和應(yīng)用特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專院校的電磁學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202917077SQ201220651500
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者汪建 申請(qǐng)人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建