CN105806390A - 一种磁弹性传感器检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及检测系统技术领域，尤其是一种磁弹性传感器检测系统。它包括依次连接的检测单元、有效值检测电路、A/D采样电路、控制器、RS‑232串口和上位机，控制器通过交流激励信号产生电路与检测单元连接；检测单元包括激励线圈、传感器和检测线圈，检测线圈套接于传感器上并置于激励线圈内部，激励线圈的左右端分别放置有永磁铁。本发明利用激励线圈产生激励磁场，利用检测线圈检测传感器反馈回的信号；同时，利用交流激励信号产生电路发出激励信号，利用有效值检测电路收集检测到的信号；并且，利用永磁铁提供直流偏置磁场，极大地降低了系统功耗，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及检测系统技术领域，尤其是一种磁弹性传感器检测系统。
背景技术
众所周知，磁弹性传感器具有无线无源、低成本、高灵敏度等诸多优点，可扩展应用于生物在体检测和密闭空间非破坏性检测等多方面应用，获得了越来越广泛的关注，尤其是在生物医学传感器领域。磁弹性传感器通常是由无定形非晶薄膜合金构成，如1K101，Metglas2826MB等合金带材。由焦耳效应可知，这种材料在交变磁场作用下会在纵向形成周期性伸缩振动，其共振频率易受周围环境的影响，可用于测量温度或液体黏度。
传统的磁弹性传感器检测系统主要是基于大型的实验室仪器，如，阻抗分析仪、网络分析仪、锁相放大器等。这些仪器虽然构建系统简单，但是存在仪器昂贵、体积庞大、操作复杂、难以集成和便携使用等诸多限制。近年来出现的基于集成电路的磁弹性传感器共振特性检测系统弥补了仪器测量的一些不足，但仍存在系统繁杂、功耗过大等缺点，阻碍了磁弹性传感器在多领域应用中潜力的发挥。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种磁弹性传感器检测系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磁弹性传感器检测系统，它包括依次连接的检测单元、有效值检测电路、A/D采样电路、控制器、RS-232串口和上位机，所述控制器通过交流激励信号产生电路与检测单元连接；
所述检测单元包括激励线圈、传感器和检测线圈，所述检测线圈套接于传感器上并置于激励线圈内部，所述激励线圈的左右端分别放置有永磁铁。
优选地，所述交流激励信号产生电路包括AD9850芯片、低通滤波器、DAC7811芯片、第一运放、第二运放和BUF634缓冲器，所述AD9850芯片与控制器连接并将信号转换后输入至低通滤波器，所述低通滤波器输出端与DAC7811芯片的REF端脚连接，所述DAC7811芯片的Iout1端脚与第一运放的反相端连接，所述DAC7811芯片的Iout2端脚的与第一运放的同相端连接，所述DAC7811芯片的FEB端脚与第一运放的输出端连接，所述第一运放的输出端通过第一电容与第二运放的同相端连接，所述第二运放的反相端通过第二电阻地接，所述第二运放的输出端与BUF634缓冲器的2端脚连接，所述BUF634缓冲器的4端脚与激励线圈连接并通过第一电阻接地。
优选地，所述有效值检测电路包括LTC1968芯片、可调电阻和第三运放，所述第三运放的同相端通过第六电阻接地，所述第三运放的反相端与可调电阻的可调端连接，所述可调电阻的一固定端通过依次串联的第三电阻和第二电容与检测线圈连接、另一固定端通过第五电阻与第三运放的输出端连接，所述第三运放的输出端通过第三电容与LTC1968芯片的IN1端脚连接，所述LTC1968芯片的IN2端脚通过第七电阻接入电源并通过第八电阻接地，所述LTC1968芯片的OUTPUT端脚与A/D采样电路连接。
由于采用了上述方案，本发明利用激励线圈产生激励磁场，利用检测线圈检测传感器反馈回的信号；同时，利用交流激励信号产生电路发出激励信号，利用有效值检测电路收集检测到的信号；并且，利用永磁铁提供直流偏置磁场，极大地降低了系统功耗，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。
附图说明
图1是本发明实施例的结构原理示意图；
图2是本发明实施例的交流激励信号产生电路的电路结构示意图；
图3是本发明实施例的有效值检测电路的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1至图3所示，本实施例提供的一种磁弹性传感器检测系统，它包括依次连接的检测单元1、有效值检测电路2、A/D采样电路3、控制器4(控制器4采用MSP430控制器)、RS-232串口和上位机5，控制器5通过交流激励信号产生电路6与检测单元1连接；
检测单元1包括激励线圈8、传感器10和检测线圈9，检测线圈9套接于传感器10上并置于激励线圈8内部，激励线圈8的左右端分别放置有永磁铁7。
本实施例利用永磁铁7提供直流偏置激励、利用激励线圈8产生激励磁场极大地降低了系统功耗。本实施例检测单元1为系统核心，主要作用是对传感器10(传感器10可采用1K101，Metglas2826MB等合金带材)施加激励磁场和从传感器10接收响应信号，本实施例中激励线圈8和检测线圈9相互分离，均采用螺线管线圈的形式。激励线圈8由直径为0.21mm的漆包线绕在塑料线圈骨架上制成，线圈直径约为13mm，长度为37mm，匝数约为300匝，当线圈中通20mA的电流时，线圈内中心点磁场强度可达到20e。检测线圈9由线径0.16mm的漆包线在塑料管上绕制，线圈直径为6mm，长度为20mm，匝数为100匝。通过仿真计算可得两线圈的互感系数约为l1.5μH。
本实施例的交流激励信号产生电路6可采用如图2所示的电路结构，即包括AD9850芯片U1、低通滤波器U2、DAC7811芯片U3、第一运放A1、第二运放A2和BUF634缓冲器U4，AD9850芯片U1与控制器4连接并将信号转换后输入至低通滤波器U2，低通滤波器U2输出端与DAC7811芯片U3的REF端脚连接，DAC7811芯片U3的Iout1端脚与第一运放A1的反相端连接，DAC7811芯片U3的Iout2端脚的与第一运放A1的同相端连接，DAC7811芯片U3的FEB端脚与第一运放A1的输出端连接，第一运放A1的输出端通过第一电容C1与第二运放A2的同相端连接，第二运放A2的反相端通过第二电阻R2地接，第二运放A2的输出端与BUF634缓冲器U4的2端脚连接，BUF634缓冲器U4的4端脚与激励线圈8连接并通过第一电阻R1接地。本电路利用AD9850芯片U1产生频率程控可调的交流电压信号，同时在输出端添加一个截止频率为1MHz的低通滤波器U2来滤除AD9850芯片U1输出信号中包含的大量的高频杂散噪声。然后，利用DAC7811芯片U3与第一运放A1构成程控增益电路调节交流电压信号幅值。而对于激励线圈8上电流的输入控制，则利用高速开环增益BUF634缓冲器U4构成输出缓冲级以实现功率放大要求。
本实施例的有效值检测电路2可采用如图3所示的电路结构，即包括LTC1968芯片U5、可调电阻R4和第三运放A3，第三运放A3的同相端通过第六电阻R6接地，第三运放A3的反相端与可调电阻R4的可调端连接，可调电阻R4的一固定端通过依次串联的第三电阻R3和第二电容C2与检测线圈9连接、另一固定端通过第五电阻R5与第三运放A3的输出端连接，第三运放A3的输出端通过第三电容C3与LTC1968芯片U5的IN1端脚连接，LTC1968芯片U5的IN2端脚通过第七电阻R7接入电源并通过第八电阻R8接地，LTC1968芯片U5的OUTPUT端脚与A/D采样电路3连接。本实施例的检测线圈9上的感生电动势即可反映磁弹性传感器的共振特性变化，通过扫频测量可以获得每一激励信号频率点对应的响应信号。感生电动势信号是与激励信号同频的正弦信号，本实施了则选用有效值电路对该信号进行幅值提取。电路中采用精确宽带宽有效值LTC1968芯片U5实现RMS至DC的转换，该芯片具有高达15MHz带宽，在输入信号频率小于500kHz时输出误差小于1％。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种磁弹性传感器检测系统，其特征在于：它包括依次连接的检测单元、有效值检测电路、A/D采样电路、控制器、RS-232串口和上位机，所述控制器通过交流激励信号产生电路与检测单元连接；
所述检测单元包括激励线圈、传感器和检测线圈，所述检测线圈套接于传感器上并置于激励线圈内部，所述激励线圈的左右端分别放置有永磁铁。
2.如权利要求1所述的一种磁弹性传感器检测系统，其特征在于：所述交流激励信号产生电路包括AD9850芯片、低通滤波器、DAC7811芯片、第一运放、第二运放和BUF634缓冲器，所述AD9850芯片与控制器连接并将信号转换后输入至低通滤波器，所述低通滤波器输出端与DAC7811芯片的REF端脚连接，所述DAC7811芯片的Iout1端脚与第一运放的反相端连接，所述DAC7811芯片的Iout2端脚的与第一运放的同相端连接，所述DAC7811芯片的FEB端脚与第一运放的输出端连接，所述第一运放的输出端通过第一电容与第二运放的同相端连接，所述第二运放的反相端通过第二电阻地接，所述第二运放的输出端与BUF634缓冲器的2端脚连接，所述BUF634缓冲器的4端脚与激励线圈连接并通过第一电阻接地。
3.如权利要求2所述的一种磁弹性传感器检测系统，其特征在于：所述有效值检测电路包括LTC1968芯片、可调电阻和第三运放，所述第三运放的同相端通过第六电阻接地，所述第三运放的反相端与可调电阻的可调端连接，所述可调电阻的一固定端通过依次串联的第三电阻和第二电容与检测线圈连接、另一固定端通过第五电阻与第三运放的输出端连接，所述第三运放的输出端通过第三电容与LTC1968芯片的IN1端脚连接，所述LTC1968芯片的IN2端脚通过第七电阻接入电源并通过第八电阻接地，所述LTC1968芯片的OUTPUT端脚与A/D采样电路连接。
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| CN106949920A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-07-14 | 重庆大学 | 一种磁弹性传感器检测装置 |
| CN109581262A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-04-05 | 李涛 | 一种ccy-2型测磁仪测量精度检测装置及其使用方法 |
| CN110579229A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-12-17 | 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 | 一种基于扫频检测的压磁式传感器检测系统 |
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