CN109631737A - 快速响应的磁致伸缩位移传感器 - Google Patents

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李倩如
王鑫
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Shanghai Instrument And Meter For Automation Co Ltd
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    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明公开了一种快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，包括：传感器部件与转换器部件连接，所述传感器部件包括一输入端、一输出端，所述转换器部件包括：MCU处理模块上连接有多个输出模块，所述MCU处理模块与所述输入端之间连接有高速激励电路；所述输出端与所述MCU处理模块之间串接有一检测电路、一TDC测时模块。本发明解决了现有技术中精度及可靠性的问题，主要包括传感器部件和转换器部件，转换器部件安装在传感器部件内。磁致伸缩位移传感器采用磁致伸缩原理对位置信号进行测量，主要功能是将位置信号转换为电信号输出。

Description

快速响应的磁致伸缩位移传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种快速响应的磁致伸缩位移传感器。
背景技术
磁致伸缩位移传感器是一种无接触式的绝对位置测量设备，可被广泛应用于各种工业领域。产品使用磁致伸缩液位测量技术是当今世界兴起的一项新技术。因其材料特性和结构特点，使其具备比其它原理的测距设备更出色的优势。由于其安装调试操作简便，适用性广，采用非接触式测量，无可动件，不受高温高压等工况环境影响，几乎无需维修，有极高的精度及稳定性，是一种新型理想的位置测量设备。
目前国外主流的磁致伸缩位移传感器生产厂家均有MTS公司、BALLUFF公司等国外厂家占有份额较大，其中MTS公司在油料检测领域具有绝对优势，其公司柔性磁致伸缩产品可做到30米长度，其技术国际领先，而BALLUFF公司在油缸测距领域占有较大的份额，其产品采用特殊屏蔽结构，可在磁场变化较为敏感的场合准确工作。国内厂家中磁致伸缩技术用于液位测量的产品由于精度要求一般为1mm，该产品技术较为成熟，而在机床、油缸位置等测量精度要求高达0.1mm非线性度，2um分辨率的高端产品应用上，国内几乎没有较为可靠的产品，故其市场潜力巨大。
发明内容
本发明公开了一种快速响应的磁致伸缩位移传感器，用以解决现有技术中油缸测距领域产品可靠性及精度无法达到要求的问题。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
一种快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，包括：传感器部件与转换器部件连接，所述传感器部件包括一输入端、一输出端，所述转换器部件包括：MCU处理模块上连接有多个输出模块，所述MCU处理模块与所述输入端之间连接有高速激励电路；所述输出端与所述MCU处理模块之间串接有一检测电路、一TDC测时模块。
如上所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，所述多个输出模块包括：4～20mA输出模块、0～10V输出模块、10～0V输出模块。
如上所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，所述转换器部件还包括一电源模块。
如上所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，所述传感器部件包括：波导丝、阻尼元件、磁环、线圈。
如上所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，所述电源模块通过24Vdc电源供电，所述电源模块将24Vdc转换成转换器部件所需要的3.3V，±15V，20V，5V电源给所述多个输出模块提供工作电源。
如上所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，所述高速激励电路每隔1ms产生一个激励的脉冲波形，脉宽为5us。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中精度及可靠性的问题，主要包括传感器部件和转换器部件，转换器部件安装在传感器部件内。磁致伸缩位移传感器采用磁致伸缩原理对位置信号进行测量，主要功能是将位置信号转换为电信号输出。
附图说明
图1是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的结构框图；
图2是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的操作流程图；
图3是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的初始化流程图；
图4是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器自检流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
图1是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的结构框图，请参见图1，一种快速响应的磁致伸缩位移传感器，其中，包括：传感器部件1与转换器部件2连接，传感器部件1包括一输入端、一输出端，转换器部件2包括：MCU处理模块21上连接有多个输出模块22，MCU处理模块21与输入端之间连接有高速激励电路25；输出端与MCU处理模块21之间串接有一检测电路24、一TDC测时模块23。
具体的，检测电路24用以实现对激励波和回波的信号调理和放大，TDC测时模块23用以测量激励波和回波的时间差。MCU处理模块21通过采集激励波和回波的时间差，计算磁环的相对位置。
进一步的，多个输出模块22包括：4～20mA输出模块22、0～10V输出模块22、10～0V输出模块22。4～20mA输出模块22：依据磁环的相对位置，输出4～20mA电流信号。0～10V输出模块22：依据磁环的相对位置，输出0～10V电压信号。10V～0输出模块22：依据磁环的相对位置，输出10～0V电压信号。
进一步的，转换器部件2还包括一电源模块26。
进一步的，传感器部件1包括：波导丝、阻尼元件、磁环、线圈。
进一步的，电源模块26通过24Vdc电源供电，电源模块26将24Vdc转换成转换器部件2所需要的3.3V，±15V，20V，5V电源给多个输出模块22提供工作电源。
进一步的，高速激励电路25每隔1ms产生一个激励的脉冲波形，脉宽为5us。通过激励电路可对传感器部件1激励。
图2是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的操作流程图，请参见图2，具体的，在本发明实际操作过程中，磁致伸缩模块主要包括初始化模块、自检模块、激励模块、测时模块、过程量输出模块。
在系统初始化完毕之后，则开始循环的进行测量任务，即周期的产生脉冲信号，然后获取测时数据，通过对时间数据的分析计算，判断是否为真实数据，如果为真实数据，则进行数据处理及调整输出，如果为虚假数据或者无数据则进行故障输出。
图3是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器的初始化流程图，请参见图3，初始化流程如图3所示，初始化模块主要完成变量的初始化、寄存器初始化、外设等初始化任务，并且根据设定的参数及环境决定系统的工作流程及功能配置。
图4是本发明速响应的磁致伸缩位移传感器自检流程图。初始化结束后即进行自检。
TDC自检：CPU自己模拟一个STP信号发送至TDC，再尝试从TDC读取数据，判断时间差是否一致。
电源电压自检：读取电压值，检查其误差是否在3.3V的正负10％内。
自检模块流程图如图4所示。
对应于自检模块，定义了如下各错误信息。各类错误信息通过LCD的方式显示，具体见表3-1错误信息定义表。
表3-1错误信息定义表
激励模块
采用定时器方式，定时1ms，在定时中断中对管脚进行操作，发送的脉冲个数为1个，脉冲宽度为4us，在发送脉冲之前将发送使能打开，发送脉冲完毕后将发送使能关闭。
测时模块
从上文可知，TDC-GP22作为计时芯片，保证了仪表的高精度，TDC与DSP之间采用SPI通信，同时采用普通的IO口控制开始信号和中断信号。
TDC-GP22有6个32位的配置寄存器。32位中的高24位是参数配置，用于配置TDC不同的需求或者工控下，不同的参数设置，低8位是用作存储ID的用途。
具体的配置参数需要参考TDC-GP22的数据手册，来进行选定，配置代码如下：
SPI2_Send32Bit(0x80000678)；
SPI2_Send32Bit(0x81214200)；
SPI2_Send32Bit(0x82400000)；
SPI2_Send32Bit(0x83100000)；
SPI2_Send32Bit(0x84200000)；
SPI2_Send32Bit(0x85080000)；
过程量输出模块：
过程量输出的信号有PWM1，INT1，CTL1，CTL2，四个信号，其中INT1根据输出的百分比进行调整，而PWM1与CTL1都根据INT1进行调整输出，CTL2为故障信号，用以输出是否测得传感器信号。
C8051F340的PWM又称之为PCA模块，系统中采用了PCA0模块用以输出INT1信号。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动或者通过软件编程就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，包括：传感器部件与转换器部件连接，所述传感器部件包括一输入端、一输出端，所述转换器部件包括：MCU处理模块上连接有多个输出模块，所述MCU处理模块与所述输入端之间连接有高速激励电路；所述输出端与所述MCU处理模块之间串接有一检测电路、一TDC测时模块。
2.根据权利要求1所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述多个输出模块包括：4～20mA输出模块、0～10V输出模块、10～0V输出模块。
3.根据权利要求1所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述转换器部件还包括一电源模块。
4.根据权利要求1所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述传感器部件包括：波导丝、阻尼元件、磁环、线圈。
5.根据权利要求3所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述电源模块通过24Vdc电源供电，所述电源模块将24Vdc转换成转换器部件所需要的3.3V，±15V，20V，5V电源给所述多个输出模块提供工作电源。
6.根据权利要求1所述的快速响应的磁致伸缩位移传感器，其特征在于，所述高速激励电路每隔1ms产生一个激励的脉冲波形，脉宽为5us。
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