基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器，包括微控制單元、激勵電路、波導(dǎo)絲、感應(yīng)線圈、信號處理電路和轉(zhuǎn)換電路，所述的微控制單元實現(xiàn)激勵信號的輸出、脈沖信號的捕獲，接收啟動計時信號和停止計時信號，并計算出以上兩個信號的時間差；所述的激勵電路輸出周期窄脈沖信號，發(fā)送啟動計時信號；所述的波導(dǎo)絲產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)；所述的感應(yīng)線圈產(chǎn)生回波信號；所述的信號處理電路用于回波信號的放大、濾波與整形；所述的轉(zhuǎn)換電路輸出模擬量信號。本發(fā)明的優(yōu)點在于：簡化了電路硬件設(shè)計，增強了抗干擾能力。
【專利說明】基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]基于磁致伸縮原理而設(shè)計新型位移傳感器具有精度高、有效傳遞距離遠、非接觸式、可靠性高且適應(yīng)于惡劣環(huán)境等優(yōu)點，因而被廣泛地應(yīng)用到各種領(lǐng)域。目前通過由微控制器、信號激勵單元、時間檢測單元等單元構(gòu)成的磁致伸縮位移傳感器，實現(xiàn)了位移量檢測目的，但是以上單元組成的位移傳感器，采用電路單元較多，造成電路設(shè)計復(fù)雜，存在電磁干擾多，容易引起噪聲等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器，本發(fā)明提供的技術(shù)方案簡化了電路硬件，避免了過多硬件電路所造成的電子干擾，可實現(xiàn)位移量的高精度測量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述。
[0004]一種基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器，包括微控制單元、激勵電路、波導(dǎo)絲、感應(yīng)線圈、信號處理電路和轉(zhuǎn)換電路，所述的微控制單元實現(xiàn)激勵信號的輸出，并傳送給激勵電路；所述的微控制單元實現(xiàn)脈沖信號的捕獲，可分別接收激勵電路輸出的啟動計時信號和信號處理電路輸出的停止計時信號，并計算出以上兩個信號的時間差；所述的激勵電路為功率放大電路，輸出周期窄脈沖信號，并傳遞給波導(dǎo)絲兩端，并向所述的微控制單元發(fā)送啟動計時信號；所述的波導(dǎo)絲用于在受到激勵脈沖信號時產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波；所述的感應(yīng)線圈用于感應(yīng)扭轉(zhuǎn)波，產(chǎn)生回波信號；所述的信號處理電路用于回波信號的放大、濾波與整形，并把停止計時信號發(fā)送給所述的微控制單元；所述的轉(zhuǎn)換電路用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號。
[0005]其中，所述的微控制單元內(nèi)設(shè)通訊模塊，該通訊模塊與標定系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)位移傳感器的智能標定。
[0006]其中，所述的微控制單元內(nèi)設(shè)外設(shè)接口，該外設(shè)接口輸出數(shù)字信號到轉(zhuǎn)換電路；
[0007]其中，所述的信號處理電路由信號放大、濾波電路及整形電路組成，所述整形電路內(nèi)還設(shè)有比較器。
[0008]其中，所述的轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和V-1轉(zhuǎn)換電路。
[0009]其中，所述的微控制器單元還與供電電源連接并由供電電源供電。
[0010]其中，所述的轉(zhuǎn)換電路用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為4?20mA、0?IOV的模擬量信號。
[0011]本發(fā)明提供的基于單芯片解決方案的磁致伸縮傳感器的優(yōu)點在于:(I)簡化了電路硬件設(shè)計，增強了抗干擾能力。(2)信號處理電路不需要采用滑動平均和防脈沖干擾的數(shù)字處理技術(shù)，可以提高傳感器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取?3)傳感器的精度高，分辨率優(yōu)于0.01%FS，實現(xiàn)了高精度的測量。(4)數(shù)字信號和模擬信號都可以實現(xiàn)輸出，方便傳輸與控制。(5)傳感器的微控制單元直接與標定系統(tǒng)相連接，標定方法簡單，易于操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例中磁致伸縮傳位移感器各部件連接示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明實施例中磁致伸縮傳位移感器中激勵電路及波導(dǎo)絲的示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明實施例中磁致伸縮傳位移感器信號處理電路中的信號放大、濾波電路不意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明實施例中磁致伸縮傳位移感器信號處理電路中的整形電路示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明實施例中磁致伸縮傳位移感器轉(zhuǎn)換電路示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面給出本發(fā)明的較佳的實施例，這些實施例并非限制本發(fā)明的內(nèi)容。
[0018]實施例
[0019]本發(fā)明實施例提供一種基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器，包括微控制單元10、激勵電路30、波導(dǎo)絲40、感應(yīng)線圈50、信號處理電路60和轉(zhuǎn)換電路20，所述的微控制單元10實現(xiàn)激勵信號的輸出，并傳送給激勵電路30 ;所述的微控制單元10實現(xiàn)脈沖信號的捕獲，可分別接收激勵電路30輸出的啟動計時信號和信號處理電路60輸出的停止計時信號，并計算出以上兩個信號的時間差；所述的激勵電路30為功率放大電路，輸出周期窄脈沖信號，并傳遞給波導(dǎo)絲40兩端，并向所述的微控制單元10發(fā)送啟動計時信號；所述的波導(dǎo)絲40用于在受到激勵脈沖信號時產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波；所述的感應(yīng)線圈50用于感應(yīng)扭轉(zhuǎn)波，產(chǎn)生回波信號；所述的信號處理電路60用于回波信號的放大、濾波與整形，并把停止計時信號發(fā)送給所述的微控制單元10 ;所述的轉(zhuǎn)換電路20用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為4?20mA、0?IOV的模擬量信號。所述的微控制單元10內(nèi)設(shè)通訊模塊101，該通訊模塊101可與標定系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)位移傳感器的智能標定。所述的微控制單元10內(nèi)設(shè)外設(shè)接口 102，該外設(shè)接口 102輸出數(shù)字信號到轉(zhuǎn)換電路20 ;所述的信號處理電路60由信號放大、濾波電路及整形電路組成。所述的轉(zhuǎn)換電路20包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器201和V-1轉(zhuǎn)換電路202。所述的微控制器單元10還與供電電源70連接并由供電電源供電。
[0020]本發(fā)明中信號處理及傳輸流程如下:
[0021]在本發(fā)明中，如圖1所示，微控制單元10采用功能較完備的芯片來實現(xiàn)磁致伸縮位移傳感器各個模塊間的控制。微控制單元10發(fā)送出激勵脈沖信號給激勵電路30，當(dāng)微控制單元10發(fā)出高電平的電壓脈沖，波導(dǎo)絲40產(chǎn)生電流，當(dāng)微控制單元10發(fā)出低電平的電壓脈沖,波導(dǎo)絲40中無電流產(chǎn)生，如圖2所示。經(jīng)過激勵電路30的處理與放大，在波導(dǎo)絲40中產(chǎn)生脈沖電流激勵信號，波導(dǎo)絲40中產(chǎn)生的電流脈沖的大小為2安培。產(chǎn)生電流激勵信號的同時，向微控制單元10發(fā)出啟動信號。
[0022]波導(dǎo)絲40中的脈沖電流在波導(dǎo)絲40中產(chǎn)生最優(yōu)的扭轉(zhuǎn)波信號，扭轉(zhuǎn)波在波導(dǎo)絲40中傳遞至感應(yīng)線圈50，利用磁致伸縮逆效應(yīng)，感應(yīng)線圈50產(chǎn)生回波電壓脈沖信號，感應(yīng)線圈50與信號處理電路60連接，回波電壓脈沖信號傳輸給信號處理電路60。信號處理電路60由兩部分組成，第一部分為信號放大、濾波電路，其電路原理圖如圖3所示。回波電壓脈沖首先經(jīng)過弱信號放大電路，把回波電壓脈沖放大(R4/R3+1)倍，經(jīng)放大過的回波電壓脈沖傳輸給高通濾波電路，去除回波電壓脈沖中低于IOOKHz的部分，然后在傳輸給帶通濾波電路，去除回波電壓脈沖中IkHz以下和200KHz以上的部分，輸出的電壓脈沖信號為Vl。
[0023]經(jīng)信號放大、濾波電路處理的信號傳輸給信號處理電路60的第二部分整形電路，其電路原理圖如圖4所示。當(dāng)V1>V2時，經(jīng)比較器601得到低電平，當(dāng)V1〈V2時，經(jīng)比較器601得到高電平，經(jīng)比較器601輸出的高低電平，直接傳出給為微控制單元10。當(dāng)微控制單元10接收到的是低電平，執(zhí)行停止計時信號。啟動計時與停止計時的之間的時間間隔正比于磁環(huán)與傳感器頭部之間的距離，于是通過該時間間隔可以精確計算磁環(huán)所經(jīng)過的位移量。
[0024]如圖5所示，經(jīng)微控制單元10處理得到數(shù)字信號，經(jīng)過外設(shè)接口 101 (如串行接口)，傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換器201，得到電壓模擬量信號，在經(jīng)過V-1轉(zhuǎn)換電路202，實現(xiàn)4?20mA輸出。
[0025]微控制單元10還具有通訊模塊102，直接與計算機標定軟件相連接，并配合光柵尺，實現(xiàn)與磁致伸縮位移傳感器的高精度標定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單芯片解決方案的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，包括微控制單元、激勵電路、波導(dǎo)絲、感應(yīng)線圈、信號處理電路和轉(zhuǎn)換電路，所述的微控制單元實現(xiàn)激勵信號的輸出，并傳送給激勵電路；所述的微控制單元實現(xiàn)脈沖信號的捕獲，可分別接收激勵電路輸出的啟動計時信號和信號處理電路輸出的停止計時信號，并計算出以上兩個信號的時間差；所述的激勵電路為功率放大電路，輸出周期窄脈沖信號，并傳遞給波導(dǎo)絲兩端，并向所述的微控制單元發(fā)送啟動計時信號；所述的波導(dǎo)絲用于在受到激勵脈沖信號時產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波；所述的感應(yīng)線圈用于感應(yīng)扭轉(zhuǎn)波，產(chǎn)生回波信號；所述的信號處理電路用于回波信號的放大、濾波與整形，并把停止計時信號發(fā)送給所述的微控制單元；所述的轉(zhuǎn)換電路用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬量信號。
2.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的微控制單元內(nèi)設(shè)通訊模塊，該通訊模塊與標定系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)位移傳感器的智能標定。
3.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的微控制單元內(nèi)設(shè)外設(shè)接口，該外設(shè)接口輸出數(shù)字信號到轉(zhuǎn)換電路。
4.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的信號處理電路由信號放大、濾波電路及整形電路組成，所述整形電路內(nèi)還設(shè)有比較器。
5.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器和V-1轉(zhuǎn)換電路。
6.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的微控制器單元還與供電電源連接并由供電電源供電。
7.如權(quán)利要求1所述的磁致伸縮位移傳感器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換電路用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為4?20mA、O?IOV的模擬量信號。
【文檔編號】G01B7/02GK103697802SQ201310659528
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】譚志平, 紀樂春, 付軍斌 申請人:上海天沐傳感器有限公司