专利名称：数字位移传感器测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种数字位移传感器测量仪，属于物理学、力学、电磁学、传感器等相关课程的实验仪器技术领域。
背景技术：
位移传感器又称为线性传感器，位移传感器主要是测量物体运动过程中与移动有关的量，位移传感器是ー种属于金属感应的线性器件，它所涉及的范围相当广泛，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量，按测量原理分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器等类型，传感器在转换过程中将位移转换为电量。位移传感器发展迅速，广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、鉄路、煤炭、冶金、塑料、化工以及各种自动化生产线等国民经济各行各业，用来測量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。 位移传感器在实验上的应用还很少，本测量仪使用了差动变压器式和磁致伸縮式两种位移传感器，本測量仪通过使用两种位移传感器对液面变化距离的测量和对金属弯曲度变化的測量，使学生能很好的理解和掌握位移传感器原理以及其应用。差动变压器式传感器(LVDT )具有结构简单使用方便、使用寿命长等特点，可直接用于测量物体间的相对位置变化，物体的长度变化。它不但可测静态位移也可测量动态位移，LV DT最基本的结构是由在圆柱形骨架上绕有的螺旋形的原边和两个付边绕组所组成的线圈及一个可动铁芯构成。铁芯在运动的时候与线圈不接触，无摩擦损耗，所以传感器使用时间可达30万小吋，同时具有多样的环境适应性，响应速度快，高线性度，高分辨率，低噪声，低故障等特点。磁致伸缩位移传感器，是通过内部非接触式的技术方式精确地检测活动磁环的绝对位置来測量被检测物体的实际位移值的。由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的エ业环境中，不易受油溃、溶液、尘埃或其它污染的影响，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。同时传感器具有高精度和高可靠性，输出信号为绝对位移值。随教学的发展，高校的实验教学不仅要求实验设备能够提供原理性的实验项目，同时也要求能进行进一歩量化的创新性实验，培养学生创新的思维和动手能力，另ー方面要求实验设备要贴近社会生产实践，为社会培养应用性人才和工程技术人员，而现有的传感器实验多数只能提供原理性和演示性的传感器特性的实验项目，且多是光电类传感器的实验项目，而位移測量类传感器实验项目却少见。
发明内容本实用新型针对现有实验仪器所存在的缺点，提出一种结合了差动变压器式和磁致伸縮式两种位移传感器的数字位移传感器测量仪，并将位移传感器的測量结果经信号的解调和单片机处理，最后由五位数码显示输出测量的距离和电压。能满足高等院校等教学科研単位传感器实验的实验教学和演示的要求。[0008]本数字位移传感器測量仪是由数字位移传感器测量仪主机和外部的液位测量实验架、金属弯曲度测量实验架组成，数字位移传感器测量仪主机上设置有五位数显的电压表和五位数显的距离表、两个传感器信号输入端ロ、调节旋钮、电源开关和功能选择开关，主机内部具有传感器信号解调和单片机处理电路。数字位移传感器测量仪主机内部的传感器信号解调和单片机处理电路采用的解调芯片是AD698，所采用的单片机处理芯片为P89LPC936。本测量仪的金属弯曲度測量实验架中安装有差动变压器式位移传感器和金属可弯曲薄条，同时测量仪所采用的解调芯片是美国Analog Devices公司生产AD698 ,它通过与差动变压器式传感器的配合，能够高精确地将位移传感器的机械位移转换成直流电压。AD698具有所有必需的电路功能，通过少量的元件来确定激磁频率和増益，就能准确地把位移传感器的次级输出信号按比例地转换成直流信号，将位移传感器的模拟信号转换成数字信号。本测量仪所用的单片机是飞利蒲公司生产的P89LPC936。该单片机主要具有低功耗、宽电压的特点，内带16K字节可重复擦写10万次的FLASH，256字节的RAM。单片机指令与8051系列机兼容，功能丰富，最多可有23个I/O ロ，并可通过串ロ进行编程和开发。本测量仪的液位測量实验架上安装有磁致伸縮位移传感器和透明圆筒，磁致伸縮位移传感器具有精度高、重复性好、稳定可靠、非接触式測量、环境适应性强等特点。它的输出信号是ー个绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，具有高可靠性，与其它液位变送器或液位计相比有明显的优势，广泛应用于化工、食品、饮料等行业，可对各种液罐的液位进行计量和控制。作为位移传感器，它不但可以测量运动物体的直线位移，而且还可同时给出运动物体的速度模拟信号。本測量仪的两个传感器信号输入端ロ采用五芯航空插座。通过五芯航空插座和信号连接电缆连接数字位移传感器测量仪主机和实验架上的位移传感器。本测量仪的液位測量实验架所用的是可调节高度的支撑脚，液位測量实验架的台面上具有水平泡，可通过支撑脚来调节台面水平。实验架上采用的是透明圆筒，可方便对液面变化的观察，结合磁致伸縮位移传感器的測量，測量出液面高度。本测量仪利用两种位移传感器进行金属弯曲量和液面距离变化量的測量，能使用学生可很好的理解和掌握位移传感器的原理和应用及应用的特点。測量仪结构合理，操作方便，利于学生观察理解和完成实验。
图I是数字位移传感器测量仪主机，图I中I是五位数显电压表，2是五位数显距离表，3是电源指TjV灯,4是传感器信号输入端ロ 1,5是传感器信号输入端ロ 2,6是调节旋钮，7是电源开关，8是功能选择开关。图2是液位測量实验架，图2中的9是磁致伸縮位移传感器，10是信号连接电缆，11液位測量实验架支架，12是可调节支撑脚，13是水平泡，14是透明圆筒，15是波导管，16是磁环浮子。图3是金属弯曲度測量实验架，图3中的17是位移传感器紧固支架，18是差动变压器式位移传感器，19是砝码，20是金属可弯曲薄条，21是金属弯曲度測量实验架支架。[0019]图4是位移传感器信号处理电路。
具体实施方式
差动变压器式位移传感器是由同心分布在线圈骨架上的一个初级线圈和ニ个次级线圈组成，线圈组件内有ー个可自由移动的铁芯移动杆，当移动杆在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布，从而改变了初次级线圈之间的互感量，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生感应电动势，随着移动杆的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量转变为电压信号输出。AD698是差动变压器式位移传感器的信号调理芯片，该芯片驱动位移传感器初级线圈有效电压为24V。AD698首先驱动位移传感器移动杆，把位移传感器移动杆的输入振荡 电信号按比例地转换成电信号，电信号通过模数转换器转换成数字信号。AD698读出位移传感器的输出电压并产生一个与磁芯位置成正比的直流电压信号，用ー个正弦波函数振荡器和功率放大器来驱动位移传感器，并用ニ个同步解调级来对初级和次级电压进行解码，解码器决定了输出电压与输入驱动电压的比率(Α/B)。该芯片能够可靠准确地把位移传感器移动杆的位移量转换为与之相对应的电学量。磁致伸缩位移传感器在工作时，是先由电子电路产生ー个起始脉冲，此起始脉冲在波导管中传输吋，同时产生ー个沿波导管方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环浮子中的磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，波导管内会产生ー个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移。
权利要求1.一种数字位移传感器测量仪，其特征是由数字位移传感器测量仪主机和外部的液位测量实验架、金属弯曲度测量实验架组成，数字位移传感器测量仪主机上设置有五位数显的电压表(I)和五位数显的距离表(2)、两个传感器信号输入端口(4、5)、调节旋钮(6)、电源开关(7)和功能选择开关(8)，主机内部具有传感器信号解调和单片机处理电路。
2.根据权利要求I所述的数字位移传感器测量仪，其特征是主机内部的传感器信号解调和单片机处理电路采用的解调芯片是AD698，所采用的单片机处理芯片为P89LPC936。
3.根据权利要求I所述的数字位移传感器测量仪，其特征是其液位测量实验架上安装有磁致伸缩位移传感器(9 )和透明圆筒(14 )。
4.根据权利要求I所述的数字位移传感器测量仪，其特征是其金属弯曲度测量实验架中安装有差动变压器式位移传感器(18)和金属可弯曲薄条(20)。
5.根据权利要求I所述的数字位移传感器测量仪，其特征是其两个传感器信号输入端口(4、5)采用五芯航空插座。
6.根据权利要求I所述的数字位移传感器测量仪，其特征是其液位测量实验架所用的是可调节高度的支撑脚(12)，实验架的台面上具有水平泡(13)。
专利摘要本实用新型涉及一种数字位移传感器测量仪，由数字位移传感器测量仪主机和外部的液位测量实验架、金属弯曲度测量实验架组成，数字位移传感器测量仪主机上设置有五位数显的距离表和五位数显的电压表、两个传感器信号输入端口、调节旋钮、功能选择开关和电源开关，主机内部具有传感器信号解调和单片机处理电路。测量仪通过两种位移传感器对液面变化距离的测量和对金属弯曲度变化的测量，使学生能很好的理解和掌握位移传感器原理和应用。测量仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的物理学、传感器、电磁学等课程的教学实验和演示。
文档编号G01F23/30GK202420425SQ20122003117
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者杜世平, 汪建, 温安祥, 王开明, 詹永欣 申请人:四川农业大学, 汪建