专利名称：磁致伸缩液位传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种液位传感器，特别是一种磁致伸缩液位传感器。
背景技术：
在工农业生产中液位测量用途非常的广泛，测量的方法很多，利用磁致伸缩原理 来测量是其中的一种，这种方法具有宽量程，多液位的特点，但测量精度不准确。传统的磁 致伸缩液位传感器系统中采用的硬件滤波电路，其存在结构复杂，参数调整不易和系统性 能易受环境影响，容易引起电子噪声等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的问题，提供一种磁致伸缩液位传感器，采 用数字信号处理技术，提高了测量精度。本发明的目的是这样实现的，由激励脉冲电路，放大电路，TM320M812信号处理电 路，串口通讯电路，液晶显示电路组成。其特征是，检测头中的电子装置首先在磁致伸缩波导丝上施加一个激励电脉冲信 号，根据电磁场理论，此电脉冲中伴随一个环形磁场，以光速沿磁致伸缩波导丝向下传播， 当环形磁场遇到浮子中磁铁产生的纵向磁场时，将与之进行矢量叠加，形成一个螺旋形的 磁场，根据磁致伸缩原理，当磁致伸缩材料所处的磁场发生变化时，磁致伸缩材料尺寸也会 发生变化，即磁铁伸缩效应。因此，当合成磁场发生变化，形成螺旋形磁场时，磁铁伸缩波导 丝会产生沿螺旋形磁场的伸缩变形，导致波导丝产生扭曲形变，从而激发扭转波，该扭转波 沿波导丝以超声波的形式向两端传播，向顶部传播的超声波将传到传感器检测头中的逆磁 致伸缩效应换能器中，向底端传播的超声波对液位测量并不起作用。记下发送激励脉冲的 时间和接收到回波的时间，并计算其时间差t，在根据超声波的传播速度V，可计算出检测 头与液面之间的距离L0=vt，而传感器的总长Ll已知，即可得出液面高度L=L1-L0。最终， 将时间的测量转化为液位的测量。输入引脚GXQD连接DSP的I/O引脚GPI0B0。在DSP的 程序控制下，使得DSP的I/O引脚GPIOBO变高，则连接的GXQD为高电平，这是Ql导通，则 场效应管Q2的栅极G2变成低电平，场效应管Q2导通。电容Cl通过场效应管Q2激励波导 丝GX瞬间产生电流。一般情况下，波导丝的电阻在8Ω左右，而电压为12V，这样激励脉冲 可在传感器两端激发1. 5A左右的脉冲电流。当有激励脉冲时，波导丝在受到变化磁场作用的地方产生扭转波，扭转波沿着波 导丝传播到检测线圈时，就会在线圈两端产生一个电信号，因为该信号的幅值太小，需要对 该信号进行放大。本发明的有益效果是，在本系统中用数字滤波的方法来代替，采用的是全采样法， 知道所设置的全量程数据采集完毕，然后对所采集的数据进行处理，查找特征值进而求取 液位。由激励脉冲电路产生的脉冲，将脉冲电流输入给检测线圈，检测回来的信号输入给放 大电路，经放大处理的信号输入给TMS320F2812信号处理器，处理后的信号经液晶显示器显示，经串口通信将信号传递出去。大大节约了系统的硬件数量，避免了太多硬件电路所造 成的电子干扰。设计可靠，电路参数合适，运行参数稳定，采用全采样模拟数字滤波，可以弥 补磁致伸缩材料的不足并提高精度。
图1磁致伸缩传感器示意图 图2磁致伸缩传感器测量方框图 图3激励脉冲控制电路 图4信号放大电路 图5TM320F2812信号处理电路 具体实施方案
下面结合附图对本实施例做进一步说明
由图1可知，检测头中的电子装置首先在磁致伸缩波导丝上施加一个激励电脉冲信 号，根据电磁场理论，此电脉冲中伴随一个环形磁场，以光速沿磁致伸缩波导丝向下传播， 当环形磁场遇到浮子中磁致产生的纵向磁场时，将与之进行矢量叠加，形成一个螺旋形的 磁场，根据磁致伸缩原理，当磁致伸缩材料所处的磁场发生变化时，磁致伸缩材料尺寸也会 发生变化，即磁致伸缩效应。因此，当合成磁场发生变化，形成螺旋形磁场时，磁致伸缩波导 丝会产生沿螺旋形磁场的伸缩变形，导致波导丝产生扭曲形变，从而激发扭转波，该扭转波 沿波导丝以超声波的形式向两端传播，向顶部传播的超声波将传到传感器检测头中的逆磁 致伸缩效应换能器中，向底端传播的超声波对液位测量并不起作用。记下发送激励脉冲的 时间和接收到回波的时间，并计算其时间差t，在根据超声波的传播速度V，可计算出检测 头与液面之间的距离L0=vt，而传感器的总长Ll已知，即可得出液面高度L=L1-L0。最终， 将时间的测量转化为液位的测量。由图2可知由激励脉冲电路产生的脉冲，将脉冲电流输入给检测线圈，检测回来 的信号输入给放大电路，经放大处理的信号输入给TMS320F2812信号处理器，处理后的信 号经液晶显示器显示，经串口通信将信号传递出去。由图3可知激励脉冲控制电路的产生设计，输入引脚GXQD连接DSP的I/O引脚 GPIOBO0在DSP的程序控制下，使得DSP的I/O引脚GPIOBO变高，则连接的GXQD为高电 平，这是Ql导通，则场效应管Q2的栅极G2变成低电平，场效应管Q2导通。电容Cl通过场 效应管Q2激励波导丝GX瞬间产生电流。一般情况下，波导丝的电阻在8 Ω左右，而电压为 12V，这样激励脉冲可在传感器两端激发1. 5Α左右的脉冲电流。由图4可知，当有激励脉冲时，波导丝在受到变化磁场作用的地方产生扭转波，扭 转波沿着波导丝传播到检测线圈时，就会在线圈两端产生一个电信号，因为该信号的幅值 太小，需要对该信号进行放大。波导丝一端介入J2的引脚1，波导丝的另一端通过J2的引脚2接地，而J2的引 脚3，4为检测线圈上的输出信号，该输出信号经过放大电路，可以得到放大1000倍的输出 信号FDXH。其中，电容C5主要是滤除检测线圈上拾回来的高频杂波，而电容C7主要是电源 平滑滤波。由图5可知，经过放大电路后的输出信号FDXH由于其静态工作点在2. 5V左右，与 TMS321F2812的要求不匹配。这里通过电容C2隔直，然后再通过电阻Rl和R3分压，使得其静态工作点在1. 6V左右，满足要求。然后连接到TMS320F2812的AD输入引脚AD-CINAO，供 信号采集，这里只取一路进行采集信号处理。由图2，图3，图4，图5可知，串行通信接口 SCI是一种双线的异步串口，一般看做 UART, TMS320F2812的SCI和以往的DSP的SCI相比有两个特点一是传递，接收都具有独 立的FIFO，二是波特率可自动检测，通过该接口可将测量信号传输到上位仪表或计算机中。为了把处理好的信号通过显示器输出，本系统适用MG-1223液晶显示器。
权利要求
1. 一种磁致伸缩液位传感器，由激励脉冲电路，放大电路，TM320M812信号处理电路， 串口通讯电路，液晶显示电路组成，其特征是，检测头中的电子装置首先在磁致伸缩波导丝 上施加一个激励电脉冲信号，根据电磁场理论，此电脉冲中伴随一个环形磁场，以光速沿 磁致伸缩波导丝向下传播，当环形磁场遇到浮子中磁铁产生的纵向磁场时，将与之进行矢 量叠加，形成一个螺旋形的磁场，根据磁致伸缩原理，当磁致伸缩材料所处的磁场发生变化 时，磁致伸缩材料尺寸也会发生变化，即磁致伸缩效应；因此，当合成磁场发生变化，形成螺 旋形磁场时，磁致伸缩波导丝会产生沿螺旋形磁场的伸缩变形，导致波导丝产生扭曲形变， 从而激发扭转波，该扭转波沿波导丝以超声波的形式向两端传播，向顶部传播的超声波将 传到传感器检测头中的逆磁致伸缩效应换能器中，向底端传播的超声波对液位测量并不起 作用，记下发送激励脉冲的时间和接收到回波的时间，并计算其时间差t，在根据超声波的 传播速度v，可计算出检测头与液面之间的距离L0=vt，而传感器的总长Ll已知，即可得出 液面高度L=Ll-LO ；最终，将时间的测量转化为液位的测量，输入引脚GXQD连接DSP的I/O 引脚GPI0B0，在DSP的程序控制下，使得DSP的I/O引脚GPIOBO变高，则连接的GXQD为高 电平，这是Ql导通，则场效应管Q2的栅极G2变成低电平，场效应管Q2导通，电容Cl通过 场效应管Q2激励波导丝GX瞬间产生电流，一般情况下，波导丝的电阻在8 Ω左右，而电压 为12V，这样激励脉冲可在传感器两端激发1. 5Α左右的脉冲电流；当有激励脉冲时，波导丝 在受到变化磁场作用的地方产生扭转波，扭转波沿着波导丝传播到检测线圈时，就会在线 圈两端产生一个电信号，因为该信号的幅值太小，需要对该信号进行放大。
全文摘要
本发明提供一种磁致伸缩液位传感器，由激励脉冲电路，放大电路，TM320F2812信号处理电路，串口通讯电路，液晶显示电路组成，其特征是，检测头中的电子装置首先在磁致伸缩波导丝上施加一个激励电脉冲信号，根据电磁场理论，此电脉冲中伴随一个环形磁场，以光速沿磁致伸缩波导丝向下传播，当环形磁场遇到浮子中磁致产生的纵向磁场时，将与之进行矢量叠加，形成一个螺旋形的磁场，大大节约了系统的硬件数量，避免了太多硬件电路所造成的电子干扰。设计可靠，电路参数合适，运行参数稳定，采用全采样模拟数字滤波，可以弥补磁致伸缩材料的不足并提高精度。
文档编号G01F23/72GK102095478SQ201010565240
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者李辉 申请人:李辉