一种Fe₈₃Ga₁₇磁致伸缩位移传感器信号接收电路的制作方法

专利名称：一种Fe₈₃Ga₁₇磁致伸缩位移传感器信号接收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种位移传感器信号接收电路，特别涉及一种磁致伸缩位移传感器信号接收电路。
背景技术：
磁致伸缩位移传感器与传统传感器相比，它具有测量精度高、使用寿命长、耐腐蚀、耐尘、耐压、耐高温、耐高振荡等一系列特点，已在行程测量和位移测量中得到了愈来愈多的应用。磁致伸缩位移传感器是利用磁致伸缩特性材料的Wiedemann效应、Viuary效应及超声效应，将位置信息转换成最易测量的并且精度高的时间量，从而实现物体位置的高精度计量。现有技术中，已经有位移传感器信号接收电路，通常的位移传感器信号接收电路包括回波信号接收放大电路和滤波器电路，所述滤波器电路则通常采用二阶滤波器电路，现有技术中的位移传感器信号接收电路，通常滤波效果不能达到最理想的程度，同时实现使信号保持较低的衰减程度和达到理想的滤波效果是较为困难的。具体来讲，根据磁致伸缩位移传感器激发出电流脉冲信号的频率以及所使用的波导丝材料来设计滤波单元电路，经过对回波信号频率测量分析，确定回波信号的中心频率。NE5532是高性能低噪声双运算放大器集成电路，与很多标准运放相似，但它具有更好的噪声性能。使用NE5532设计制作的二阶巴特沃斯低通滤波器对回波信号的滤波效果如图1所示，可以看到，回波信号噪声在一定程度上得到了有效地抑制，信号更加清晰并且易于辨认。但是，仍然有少许杂波存在，并且有些地方存在磁滞现象和剩磁现象，使波形并不平整，仍然存在优化和改善的余地。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种磁致伸缩位移传感器信号接收电路。以使信号保持较低的衰减程度并达到理想的滤波效果，为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，包括:回波信号接收放大电路和滤波器电路，所述滤波器电路为采用级联方式构成的4阶带通滤波器电路；所述回波信号接收放大电路和所述4阶带通滤波器电路连接；
所述回波信号接收放大模块用于将微弱的回波信号接收并放大；所述4阶带通滤波器用于对信号滤波；
回波信号通过所述回波信号接收放大模块进行接收并放大进而发送给4阶带通滤波器对信号滤波以消除杂波，最后用DSP对回波信号进行采样处理最后计算得出距离。滤波是磁致伸缩位移传感器实现高精度测量的关键因素。滤波器作为现代电子电路设计中不可或缺的一部分，合理的滤波器设计不仅可以滤除信号中混入的杂波和噪声，提高信号的信噪比，而且也使信号的放大效果得到改善，使接收到的回波信号更加易于分辨和检测，可以大大提高传感器的灵敏度、精确度以及测量距离。本发明采用4阶带通滤波器，主要为了在既保证信号不会发生明显地衰减的情况下又清楚回波信号中的杂波，相比2阶带通滤波器，回波信号未出现明显的衰减现象，并且清除了回波信号中的杂波。所述一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路还包括比较器电路，所述比较器电路与所述4阶带通滤波器电路连接，用于对回波信号进行整形以使回波信号变成TTL电平信号。所述回波信号接收放大模块为回波信号接收差分放大模块。回波信号接收放大模块选择差分放大方式，具有抗干扰能力强、增大电压摆幅，高线性的优点。所述4阶带通滤波器采用MAX275。MAX275是美国MAXM公司生产的通用型有源滤波器。它内含两个独立的二阶有源滤波电路，可分别同时进行低通和带通滤波，也可通过级联实现四阶有源滤波，中心频率/截止频率可达300kHz。运用MAX275可实现Butt erworth, Besssel和Chebyshev三种特性的滤波电路。总的谐波失真(THD)优于典型的-86分贝，电源可以由+5 V单电源或±5 V双电源提供。为获得阻带内的最大衰减，提高Q值，采用四阶滤波器设计，可通过将MAX275内部的两个二阶滤波器级联实现。波导丝是由磁性材料制成的，磁性材料在磁场中会被磁化，继而出现剩磁现象，即施于材料的磁场可引起材料极化强度改变或电场可引起材料磁化强度变化的现象。而磁致伸缩位移传感器的活动位置磁铁内部是一块永磁铁，只要是位置磁铁经过的地方，波导丝就可能被磁化，磁化处就存在一磁场，但是这个磁场和位置磁铁产生的磁场相比是很弱的。所述4阶带通滤波器包括外围匹配电阻R1、R2、R3和R4，R2用于设置4阶带通滤波器电路的中心频率；R1和R3用于调节滤波器的品质因数，Rl和R3用于配合设置滤波器的放大倍数，R4用于与R2配合设置4阶带通滤波器电路的中心频率。经过运算放大器放大后的信号通过Rl接入带通滤波器的信号输入端，R3 一端与带通滤波器的信号输入端相连，另一端与R4和带通滤波器的信号输出端相连，R4另一端与带通滤波器的LPI端口连接。R2 —端与带通滤波器的BPI端口连接，另一端与带通滤波器的LPO端口连接。通过调节电阻R2以设定带通滤波器的中心频率，将中心频率(即是回波信号的频率)之外的杂波滤掉，通过调节电阻Rl和R3，可以使信号在滤波过程中产生的衰减得到补偿，并且一定程度上消除Fe83Ga17产生的剩磁现象。
与现有技术相比，本发明的有益效果:
1、选择通过级联实现的四阶带通滤波器作为电路的滤波单元，结果表明，有效地抑制了回波信号中的噪声和干扰，在一定程度上有效减弱了剩磁现象对回波信号产生的干扰，通过与普通低通滤波器的滤波效果相比较，体现出了四阶带通滤波器在磁致伸缩位移传感器回波信号滤波上的优势，实现了磁致伸缩位移传感器电路信号滤波上的高效、低噪、减弱剩磁现象干扰的优点。


图1为二阶巴特沃斯低通滤波效果图2是本发明的结构示意图3是本发明4阶带通滤波器的电路图4是采用4阶带通滤波器滤波后的效果图。
具体实施例方式下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。实施例1
一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接 收电路，包括:回波信号接收放大电路和滤波器电路，所述滤波器电路为采用级联方式构成的4阶带通滤波器电路；所述回波信号接收放大电路和所述4阶带通滤波器电路连接；
所述回波信号接收放大模块用于将微弱的回波信号接收并放大；所述4阶带通滤波器用于对信号滤波；
回波信号通过所述回波信号接收放大模块进行接收并放大进而发送给4阶带通滤波器对信号滤波以消除杂波，最后用DSP对回波信号进行采样处理最后计算得出距离。滤波是磁致伸缩位移传感器实现高精度测量的关键因素。滤波器作为现代电子电路设计中不可或缺的一部分，合理的滤波器设计不仅可以滤除信号中混入的杂波和噪声，提高信号的信噪比，而且也使信号的放大效果得到改善，使接收到的回波信号更加易于分辨和检测，可以大大提高传感器的灵敏度、精确度以及测量距离。本发明采用4阶带通滤波器，主要为了在既保证信号不会发生明显地衰减的情况下又清楚回波信号中的杂波，相比2阶带通滤波器，回波信号未出现明显的衰减现象，并且清除了回波信号中的杂波。所述一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路还包括比较器电路，所述比较器电路与所述4阶带通滤波器电路连接，用于对回波信号进行整形以使回波信号变成TTL电平信号。所述回波信号接收放大模块为回波信号接收差分放大模块。回波信号接收放大模块选择差分放大方式，具有抗干扰能力强、增大电压摆幅，高线性的优点。所述4阶带通滤波器采用MAX275。MAX275是美国MAXM公司生产的通用型有源滤波器。它内含两个独立的二阶有源滤波电路，可分别同时进行低通和带通滤波，也可通过级联实现四阶有源滤波，中心频率/截止频率可达300kHz。运用MAX275可实现Butt erworth, Besssel和Chebyshev三种特性的滤波电路。总的谐波失真(THD)优于典型的-86分贝，电源可以由+5 V单电源或±5 V双电源提供。
可以看出，回波信号经过MAX275滤波放大后，使波形更加整洁并且易于后期DSP采样处理，有效地抑制了周围环境因素和信号传输过程中产生的噪声信号，在一定程度上减少了剩磁现象对波形的干扰，相比于巴特沃斯二阶低通滤波器提高了系统的信噪比，从而也便于后期信号的采集和数字化处理。波导丝是由磁性材料制成的，磁性材料在磁场中会被磁化，继而出现剩磁现象，即施于材料的磁场可引起材料极化强度改变或电场可引起材料磁化强度变化的现象。而磁致伸缩位移传感器的活动位置磁铁内部是一块永磁铁，只要是位置磁铁经过的地方，波导丝就可能被磁化，磁化处就存在一磁场，但是这个磁场和位置磁铁产生的磁场相比是很弱的。选择MAX275通过级联实现四阶带通滤波器作为电路的滤波单元，实验结果表明，MAX275有效地抑制了回波信号中的噪声和干扰，在一定程度上有效减弱了剩磁现象对回波信号产生的干扰，通过与普通低通滤波器的滤波效果相比较，体现出了 MAX275在磁致伸缩位移传感器回波信号滤波上的优势，实现了 MAX275在磁致伸缩位移传感器电路信号滤波上的闻效、低噪、减弱剩磁现象干扰等优点。为获得阻带内的最大衰减，提高Q值，采用四阶滤波器设计，可通过将MAX275内部的两个二阶滤波器级联实现。所述4阶带通滤波器包括外围匹配电阻R1、R2、R3和R4，R2用于设置4阶带通滤波器电路的中心频率；R1和R3用于调节滤波器的品质因数，Rl和R3用于配合设置滤波器的放大倍数，R4用于与R2配合设置4阶带通滤波器电路的中心频率。经过运算放大器放大后的信号通过Rl接入带通滤波器的信号输入端，R3 一端与带通滤波器的信号输入端相连，另一端与R4和带通滤波器的信号输出端相连，R4另一端与带通滤波器的LPI端口连接。R2 —端与带通滤波器的BPI端口连接，另一端与带通滤波器的LPO端口连接。通过调节电阻R2以设定带通滤波器的中心频率，将中心频率(即是回波信号的频率)之外的杂波滤掉，通过调节电阻Rl和R3，可以使信号在滤波过程中产生的衰减得到补偿，并且一定程度上消除Fe83Ga17产生的剩磁现象。
权利要求
1.一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，包括:回波信号接收放大电路和滤波器电路，其特征在于，所述滤波器电路为采用级联方式构成的4阶带通滤波器电路；所述回波信号接收放大电路和所述4阶带通滤波器电路连接； 所述回波信号接收放大模块用于将微弱的回波信号接收并放大；所述4阶带通滤波器用于对信号滤波； 回波信号通过所述回波信号接收放大模块进行接收并放大进而发送给4阶带通滤波器对信号滤波以消除杂波，最后用DSP对回波信号进行采样处理最后计算得出距离。
2.如权利要求1所述的一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，其特征在于，所述一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路还包括比较器电路，所述比较器电路与所述4阶带通滤波器电路连接，用于对回波信号进行整形以使回波信号变成TTL电平信号。
3.如权利要求1所述的一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，其特征在于，所述回波信号接收放大模块为回波信号接收差分放大模块。
4.如权利要求1所述的一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，其特征在于，所述4阶带通滤波器采用MAX275。
5.如权利要求1所述的一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，其特征在于，所述4阶带通滤波器包括外围匹配电阻R1、R2、R3和R4，R2用于设置4阶带通滤波器电路的中心频率；R1和R3用于调节滤波器的品质因数，Rl和R3用于配合设置滤波器的放大倍数，R4用于与R2配合设置4阶带通滤波器电路的中心频率， 经过运算放大器放大后的信号通过Rl接入带通滤波器的信号输入端，R3 一端与带通滤波器的信号输入端相连，另一端与R4和带通滤波器的信号输出端相连，R4另一端与带通滤波器的LPI端口连接， R2 —端与带通滤波器的BPI端口连接，另一端与带通滤波器的LPO端口连接， 通过调节电阻R2以设定带通滤波器的中心频率，将中心频率之外的杂波滤掉，通过调节电阻Rl和R3以使信号在滤波过程中产生的衰减得到补偿并且一定程度上消除Fe83Ga17材料产生的剩磁现象。
全文摘要
本发明公开了一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路。一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，包括回波信号接收放大电路和采用级联方式构成的4阶带通滤波器电路；所述回波信号接收放大电路和所述4阶带通滤波器电路连接；所述回波信号接收放大模块用于将微弱的回波信号接收并放大；所述4阶带通滤波器用于对信号滤波；回波信号通过所述回波信号接收放大模块进行接收并放大进而发送给4阶带通滤波器对信号滤波以消除杂波，最后用DSP对回波信号进行采样处理最后计算得出距离。本发明公开了一种Fe83Ga17磁致伸缩位移传感器信号接收电路，可有效地清除杂波。
文档编号G01B7/02GK103206913SQ20131014499
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者周新志, 冯希辰, 吴隽熙 申请人:四川大学