专利名称：弹簧线圈敏感元件的数字转换方法及数字式弹簧线圈传感器的制作方法
技术领域：
本发明属检测仪器仪表技术，具体说它涉及弹簧线圈敏感元件的数字转换方法及数字式弹簧线圈传感器。
传感器中的敏感元件，把它所感受到的被测物理量的变化转换为电压、电流、频率等电信号后才能适于传输和测量。弹簧线圈是一种应用非常广泛的机械零件，同时它又是应用十分广泛的敏感元件。将弹簧线圈敏感元件感受到的各种被测物理量的变化转换为相应变化的电压、电流、频率等电信号构成弹簧线圈传感器，具有十分广泛的使用价值。
本申请人在发明专利《一种弹簧敏感元件的转换方法》专利号ZL00106632.3中公开的弹簧线圈敏感元件的转换方法就是将弹簧线圈敏感元件感受到的各种被测物理量的变化转换为相应的电压输出。如要变成数字信号，还需进行A-D转换，本身电路也较复杂，致使该方法不便超小型化，在某些应用环境的应用受到限制。本申请人在实用新型专利《惰性电路振荡型弹簧传感器》专利号ZL022042903中公开的惰性电路振荡型弹簧传感器其输出信号是由弹簧线圈和电阻，固定电感线圈和电阻两个积分电路产生的积分波形合成后变换而来的。实践证明，此种方法有如下缺点①固定电感线圈带来额外的不确定因素，引入了不必要的新误差；②由于两个电感线圈(固定电感线圈和弹簧电感线圈)电感量不等，合成后的积分波形的充电和放电的时间常数不等，会造成其中一个电感线圈磁能的积累，带来转换的误差；③合成的积分波形中只有弹簧电感线圈构成的积分电路产生的那一半波形才会随被测物理量变化，因而灵敏度低，转换效率只达到50％。
本发明的目的就是在上述发明专利《一种弹簧敏感元件的转换方法》和实用新型专利《惰性电路振荡型弹簧传感器》基础上提供弹簧线圈敏感元件的数字转换方法，该方法电路简单，便于集成化和传感器的微型化。本发明的目的还要提供数字式弹簧线圈传感器，该传感器克服了《惰性电路振荡型弹簧传感器》的缺点，提高了传感器的转换精度、转换效率和灵敏度，使电路结构更为简单。
本发明弹簧线圈敏感元件的数字转换方法的目的是通过以下步骤来实现的把弹簧线圈敏感元件作为可变电感线圈与电阻串联构成积分电路，用满足积分电路时间常数要求的周期方波脉冲触发积分电路；用被测物理量作用于弹簧线圈，使弹簧线圈的长度和电感量随被测物理量的变化而变化；其特点在于以下步骤从积分电路弹簧线圈和电阻的连接点取出积分波形用反相器变换成相应的周期方波脉冲，并将此脉冲作为触发积分电路的周期方波脉冲，构成振荡回路，周期方波脉冲为振荡回路的输出信号。
本发明数字式弹簧线圈传感器，其特点在于由弹簧线圈LX电阻R构成的积分电路、反相器G组成，积分电路弹簧线圈LX电阻R的连接点接反相器G的输入端，反相器的输出端接弹簧线圈的另一端，反相器的输出端作为传感器的输出端。
为达上述目的，特点在于所述反相器由集成电路IC1的3个反相门串联构成，积分电路弹簧线圈和电阻的连接点接集成电路IC1的1、2脚，电阻的另一端与IC1的12、13、7脚连接后接地，弹簧线圈的另一端接IC1的10脚，IC1的4、8、9脚相连，IC1的14脚接+6V电源，IC1的3、5、6脚相连，IC1的10脚为传感器的输出端。
由于将反映被测物理量的积分波形通过反相器变换成脉冲后再反馈到由弹簧电感线圈构成的积分电路，作为积分电路的触发脉冲信号，使弹簧电感线圈把被测物理量的变化用最简单的电路转换成相应的数字量----频率的变化，克服了发明专利《一种弹簧敏感元件的转换方法》的电路转换为数字量需要复杂电路的缺点，为弹簧电感线圈的微型化创造了条件。采用仅由弹簧电感线圈构成的积分电路进行转换，比实用新型专利《惰性电路振荡型弹簧传感器》用两个积分电路转换后再合成的结构形式，电路更为简单，而且消除了由于合成带来的固定电感线圈受温度影响而电感量不稳定的新的误差来源、克服了弹簧电感线圈和固定电感线圈由于电感量不相等(特别是在弹簧工作状态时)合成积分波形充、放电时间常数不等造成的线圈磁能积累效应，提高了转换精度，使积分波形充、放电两部分都起到了转换的作用，转换效率和灵敏度提高了一倍。本发明方法可广泛应用于机械被测量例如称重、位移、振动、加速度、力等传感器的制造。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明弹簧线圈敏感元件的数字转换方法及数字式弹簧线圈传感器原理图。
图2为本发明实施例原理图。
将IC1集成电路CD4011的三个与非门串联构成一个反相器，其中输出端为10脚和4脚的二个与非门串联起隔离和驱动作用。反相器的输入端为1、2脚，输出端为10脚。弹簧线圈LX，电阻R构成的积分电路的输出端接反相器的输入端1、2脚，弹簧线圈的另一端接反相器的输出端10脚，形成一个振荡器，如图2所示。
反相器输出端10脚产生的周期方波脉冲触发由弹簧线圈LX和电阻R构成的积分电路，产生的反映被测物理量变化的积分波形，经反相器输入端1、2脚变换成周期方波脉冲后由反相器输出端10脚输出。在被测物理量作用下，弹簧线圈的长度伸长或缩短，电感量减小或增大，周期方波脉冲频率升高或降低。周期方波脉冲的频率变化反映了被测物理量的变化，经由10脚输出供测量之用。
权利要求
1.弹簧线圈敏感元件的数字转换方法，包括以下步骤把弹簧线圈敏感元件作为可变电感线圈与电阻串联构成积分电路，用满足积分电路时间常数要求的周期方波脉冲触发积分电路；用被测物理量作用于弹簧线圈，使弹簧线圈的长度和电感量随被测物理量的变化而变化；其特征在于以下步骤从积分电路弹簧线圈和电阻的连接点取出积分波形用反相器变换成相应的周期方波脉冲，并将此脉冲作为触发积分电路的周期方波脉冲，构成振荡回路，周期方波脉冲为振荡回路的输出信号。
2.使用权利要求1所述的弹簧线圈敏感元件的数字转换方法制造的数字式弹簧线圈传感器，其特征在于由弹簧线圈LX电阻R构成的积分电路、反相器G组成，积分电路弹簧线圈LX电阻R的连接点接反相器G的输入端，反相器的输出端接弹簧线圈的另一端，反相器的输出端作为传感器的输出端。
3.按照权利要求2所述的数字式弹簧线圈传感器，其特征在于所述反相器由集成电路IC1的3个反相门串联构成，积分电路弹簧线圈和电阻的连接点接集成电路IC1的1、2脚，电阻的另一端与IC1的12、13、7脚连接后接地，弹簧线圈的另一端接IC1的10脚，IC1的4、8、9脚相连，IC1的14脚接+6V电源，IC1的3、5、6脚相连，IC1的10脚为传感器的输出端。
全文摘要
本发明提供了一种弹簧线圈敏感元件的数字转换方法及数字式弹簧线圈传感器。其特点在于由弹簧线圈L
文档编号G01D5/12GK1760639SQ20041001051
公开日2006年4月19日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年10月16日
发明者陈万元 申请人:陈万元