基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器，包括微控制单元、激励电路、波导丝、感应线圈、信号处理电路和转换电路，所述的微控制单元实现激励信号的输出、脉冲信号的捕获，接收启动计时信号和停止计时信号，并计算出以上两个信号的时间差；所述的激励电路输出周期窄脉冲信号，发送启动计时信号；所述的波导丝产生磁致伸缩效应；所述的感应线圈产生回波信号；所述的信号处理电路用于回波信号的放大、滤波与整形；所述的转换电路输出模拟量信号。本发明的优点在于：简化了电路硬件设计，增强了抗干扰能力。
【专利说明】基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，特别涉及一种基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器。
【背景技术】
[0002]基于磁致伸缩原理而设计新型位移传感器具有精度高、有效传递距离远、非接触式、可靠性高且适应于恶劣环境等优点，因而被广泛地应用到各种领域。目前通过由微控制器、信号激励单元、时间检测单元等单元构成的磁致伸缩位移传感器，实现了位移量检测目的，但是以上单元组成的位移传感器，采用电路单元较多，造成电路设计复杂，存在电磁干扰多，容易引起噪声等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器，本发明提供的技术方案简化了电路硬件，避免了过多硬件电路所造成的电子干扰，可实现位移量的高精度测量。本发明采用的技术方案如下所述。
[0004]一种基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器，包括微控制单元、激励电路、波导丝、感应线圈、信号处理电路和转换电路，所述的微控制单元实现激励信号的输出，并传送给激励电路；所述的微控制单元实现脉冲信号的捕获，可分别接收激励电路输出的启动计时信号和信号处理电路输出的停止计时信号，并计算出以上两个信号的时间差；所述的激励电路为功率放大电路，输出周期窄脉冲信号，并传递给波导丝两端，并向所述的微控制单元发送启动计时信号；所述的波导丝用于在受到激励脉冲信号时产生磁致伸缩效应，产生扭转波；所述的感应线圈用于感应扭转波，产生回波信号；所述的信号处理电路用于回波信号的放大、滤波与整形，并把停止计时信号发送给所述的微控制单元；所述的转换电路用于把数字信号转化为模拟量信号。
[0005]其中，所述的微控制单元内设通讯模块，该通讯模块与标定系统相连接，实现位移传感器的智能标定。
[0006]其中，所述的微控制单元内设外设接口，该外设接口输出数字信号到转换电路；
[0007]其中，所述的信号处理电路由信号放大、滤波电路及整形电路组成，所述整形电路内还设有比较器。
[0008]其中，所述的转换电路包括数模转换器和V-1转换电路。
[0009]其中，所述的微控制器单元还与供电电源连接并由供电电源供电。
[0010]其中，所述的转换电路用于把数字信号转化为4?20mA、0?IOV的模拟量信号。
[0011]本发明提供的基于单芯片解决方案的磁致伸缩传感器的优点在于:(I)简化了电路硬件设计，增强了抗干扰能力。(2)信号处理电路不需要采用滑动平均和防脉冲干扰的数字处理技术，可以提高传感器系统的稳定性和数据传输的速度。(3)传感器的精度高，分辨率优于0.01%FS，实现了高精度的测量。(4)数字信号和模拟信号都可以实现输出，方便传输与控制。(5)传感器的微控制单元直接与标定系统相连接，标定方法简单，易于操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例中磁致伸缩传位移感器各部件连接示意图；
[0013]图2是本发明实施例中磁致伸缩传位移感器中激励电路及波导丝的示意图；
[0014]图3是本发明实施例中磁致伸缩传位移感器信号处理电路中的信号放大、滤波电路不意图；
[0015]图4是本发明实施例中磁致伸缩传位移感器信号处理电路中的整形电路示意图；
[0016]图5是本发明实施例中磁致伸缩传位移感器转换电路示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面给出本发明的较佳的实施例，这些实施例并非限制本发明的内容。
[0018]实施例
[0019]本发明实施例提供一种基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器，包括微控制单元10、激励电路30、波导丝40、感应线圈50、信号处理电路60和转换电路20，所述的微控制单元10实现激励信号的输出，并传送给激励电路30 ;所述的微控制单元10实现脉冲信号的捕获，可分别接收激励电路30输出的启动计时信号和信号处理电路60输出的停止计时信号，并计算出以上两个信号的时间差；所述的激励电路30为功率放大电路，输出周期窄脉冲信号，并传递给波导丝40两端，并向所述的微控制单元10发送启动计时信号；所述的波导丝40用于在受到激励脉冲信号时产生磁致伸缩效应，产生扭转波；所述的感应线圈50用于感应扭转波，产生回波信号；所述的信号处理电路60用于回波信号的放大、滤波与整形，并把停止计时信号发送给所述的微控制单元10 ;所述的转换电路20用于把数字信号转化为4?20mA、0?IOV的模拟量信号。所述的微控制单元10内设通讯模块101，该通讯模块101可与标定系统相连接，实现位移传感器的智能标定。所述的微控制单元10内设外设接口 102，该外设接口 102输出数字信号到转换电路20 ;所述的信号处理电路60由信号放大、滤波电路及整形电路组成。所述的转换电路20包括数模转换器201和V-1转换电路202。所述的微控制器单元10还与供电电源70连接并由供电电源供电。
[0020]本发明中信号处理及传输流程如下:
[0021]在本发明中，如图1所示，微控制单元10采用功能较完备的芯片来实现磁致伸缩位移传感器各个模块间的控制。微控制单元10发送出激励脉冲信号给激励电路30，当微控制单元10发出高电平的电压脉冲，波导丝40产生电流，当微控制单元10发出低电平的电压脉冲,波导丝40中无电流产生，如图2所示。经过激励电路30的处理与放大，在波导丝40中产生脉冲电流激励信号，波导丝40中产生的电流脉冲的大小为2安培。产生电流激励信号的同时，向微控制单元10发出启动信号。
[0022]波导丝40中的脉冲电流在波导丝40中产生最优的扭转波信号，扭转波在波导丝40中传递至感应线圈50，利用磁致伸缩逆效应，感应线圈50产生回波电压脉冲信号，感应线圈50与信号处理电路60连接，回波电压脉冲信号传输给信号处理电路60。信号处理电路60由两部分组成，第一部分为信号放大、滤波电路，其电路原理图如图3所示。回波电压脉冲首先经过弱信号放大电路，把回波电压脉冲放大(R4/R3+1)倍，经放大过的回波电压脉冲传输给高通滤波电路，去除回波电压脉冲中低于IOOKHz的部分，然后在传输给带通滤波电路，去除回波电压脉冲中IkHz以下和200KHz以上的部分，输出的电压脉冲信号为Vl。
[0023]经信号放大、滤波电路处理的信号传输给信号处理电路60的第二部分整形电路，其电路原理图如图4所示。当V1>V2时，经比较器601得到低电平，当V1〈V2时，经比较器601得到高电平，经比较器601输出的高低电平，直接传出给为微控制单元10。当微控制单元10接收到的是低电平，执行停止计时信号。启动计时与停止计时的之间的时间间隔正比于磁环与传感器头部之间的距离，于是通过该时间间隔可以精确计算磁环所经过的位移量。
[0024]如图5所示，经微控制单元10处理得到数字信号，经过外设接口 101 (如串行接口)，传递给数模转换器201，得到电压模拟量信号，在经过V-1转换电路202，实现4?20mA输出。
[0025]微控制单元10还具有通讯模块102，直接与计算机标定软件相连接，并配合光栅尺，实现与磁致伸缩位移传感器的高精度标定。
【权利要求】
1.一种基于单芯片解决方案的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，包括微控制单元、激励电路、波导丝、感应线圈、信号处理电路和转换电路，所述的微控制单元实现激励信号的输出，并传送给激励电路；所述的微控制单元实现脉冲信号的捕获，可分别接收激励电路输出的启动计时信号和信号处理电路输出的停止计时信号，并计算出以上两个信号的时间差；所述的激励电路为功率放大电路，输出周期窄脉冲信号，并传递给波导丝两端，并向所述的微控制单元发送启动计时信号；所述的波导丝用于在受到激励脉冲信号时产生磁致伸缩效应，产生扭转波；所述的感应线圈用于感应扭转波，产生回波信号；所述的信号处理电路用于回波信号的放大、滤波与整形，并把停止计时信号发送给所述的微控制单元；所述的转换电路用于把数字信号转化为模拟量信号。
2.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的微控制单元内设通讯模块，该通讯模块与标定系统相连接，实现位移传感器的智能标定。
3.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的微控制单元内设外设接口，该外设接口输出数字信号到转换电路。
4.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的信号处理电路由信号放大、滤波电路及整形电路组成，所述整形电路内还设有比较器。
5.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的转换电路包括数模转换器和V-1转换电路。
6.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的微控制器单元还与供电电源连接并由供电电源供电。
7.如权利要求1所述的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述的转换电路用于把数字信号转化为4?20mA、O?IOV的模拟量信号。
【文档编号】G01B7/02GK103697802SQ201310659528
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】谭志平, 纪乐春, 付军斌 申请人:上海天沐传感器有限公司