CN202195781U

CN202195781U - 基于单端反激式电路的位移传感器

Info

Publication number: CN202195781U
Application number: CN2011202408623U
Authority: CN
Inventors: 张伟; 张磊
Original assignee: SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI RENYWELL MEASUREMENT TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2021-07-08

Abstract

本实用新型揭露了一种位移传感器，特别涉及一种高精度的位移传感器。本实用新型至少包括：采用单端反激式电路的电源输入单元，信号激励单元，信号放大处理单元和信号输出单元。本实用新型可解决目前基于使用Boost升压电路的位移传感器中出现的功耗大，干扰多等问题，达到布线合理，保护电路，高精度，低功耗，性能稳的目的。

Description

基于单端反激式电路的位移传感器

【技术领域】

本实用新型总体上涉及一种磁致伸缩位移传感器，更具体地涉及利用单端反激式电路的位移传感器，解决目前基于使用BOOST升压电路位移传感器中出现的功耗大，干扰多的问题，从而实现高电压，瞬间大电流的同时提高测量精度的目的。

【背景技术】

磁致伸缩位移传感器，通过内部非接触式的测控技术精确地检测活动磁铁的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，不会对传感器造成任何磨损，可以提高检测的可靠性和使用寿命。因而它能应用在高温、高压和高振荡等各种环境中。

该种传感器是利用磁致伸缩原理、通过波导管在两个磁场相交产生一个应变脉冲信号的原理来准确地测量位置的。用一根波导管作为测量元件，波导管内的敏感元件由磁致伸缩材料制成。测量时由传感器的驱动单元产生一个在波导管内传输的电流脉冲，该电流脉冲会在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场与在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩效应，在波导管内会产生一个应脉冲信号，这个应变脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被信号处理单元所检测到，从而达到测量目的。

综上所述磁致伸缩位移传感器在驱动电路时需要较大的电压用以输出较大的脉冲电流，这个脉冲电流是短暂的，但由于电路瞬间电流会很大，因此需要在输入端加入升压电路实现高效节能，保护电路的目的。

目前在磁致伸缩位移传感器领域较为常见的方法是采用Boost升压电路。该电路图如图1所示。在充电时，开关闭合，这时三极管导通，开关处用导线代替。输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。当开关断开时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。该升压电路的弊端是在该模块电路停止工作时，输入电压不为0，输出电压等于输入电压，而不等于0.对磁致伸缩传感器来说，会出现大的功耗，不能完全保护电路，且干扰测量结果。

因此希望提供一种磁致伸缩传感器，能够达到当模块电路停止工作时，输出电压总为0，具有保护电路，功耗小，测量更精准的特点。本发明的其他期望特征和特性将在结合附图以及前面的技术领域和背景技术的情况下，从后面的详细描述以及所附权利要求中变得显而易见。

【发明内容】

本实用新型目的是提供一种磁致伸缩位移传感器，其利用单端反激式升压电路结构，降低位移传感器功耗，保护电路，提高测量精度。

根据本实用新型，提供一种磁致伸缩位移传感器，包括：电源输入单元，信号激励单元，信号放大单元，信号处理单元和信号输出单元，其中：电源输入单元，包括输入电源，变压器，开关，控制芯片，二极管及电阻；信号激励单元，包括磁铁，波导丝与信号采集器；信号放大单元，该单元包括信号检测电路与放大整形器；信号处理单元，该单元包括微控制器和D/A变换电路。

所述传感器电源输入单元中含变压器，及与其串联的俩二极管。

所述传感器电源输入单元里单端反激式升压电路的变压器为普通或定制变压器。

所述传感器电源输入单元里与控制芯片相联的开关与变压器及俩串联二极管相联。

所述波导丝与磁铁非接触。

所述输出单元与外部数据读取装置相联。

与现有技术相比较，采用本实用新型之技术方案，使用单端反激式电路作为升压电路的磁致伸缩位移传感器，可保护电路，降低功耗，从而提高测量精度。

【附图说明】

下文中将结合下面的附图来描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1背景技术中BOOST升压电路图

图2本实用新型实施例的磁致伸缩位移传感器电源输入单元的部分升压电路图

图3本实用新型实施例的磁致伸缩位移传感器的升压电路功能图

图4本实用新型实施例的磁致伸缩位移传感器的的第一实施例的功能图

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以理解本实用新型，并不用于限定本实用新型。

结合本发明的内容提供一下实施例：

如图4所示，一种磁致伸缩位移传感器，包括：电源输入单元105，信号激励单元102，信号放大103，信号处理单元104和信号输出单元130，其特征在于电源输入单元中使用单端反激式电路作为升压电路。

如图3所示电源输入单元105采用单端反激式升压电路，包括输入电源121，变压器T1，开关M1，控制芯片U1，二极管D2，D3，D4，电阻R1。

当电源Vin流入电压为一定值，经由电源输入单元105中单端反激式升压电路，开关M1闭合时，变压器T1初级储存能量；M1开关断开时，变压器T1初级向次级释放能量，形成瞬间大电流，可达到较高电压。用于信号激励单元102中波导丝感应磁场变化形成扭转信号波，由信号放大单元103采集并放大扭转信号，输入信号处理单元104中，经由微处理器测算磁铁位置，进而通过运放电路发送到输出单元130，完成数据读取。

该实施例中对于变压器T1的选择可通过以下步骤来考虑：

(1)初选磁芯型号；

反激变换器的体积主要取决于传递功率的大小，可以根据磁芯厂家提供的相关资料，初步选定磁芯的型号。

(2)确定初级电感量；

若考虑低端满载时，电路工作于电流临界连续状态，电感计算参考公式如下：

L_{1} = \frac{{[\min (v_{in}) * D_{\max}]}^{2}}{2 * f * P_{O}}

其中v_in为输入电压，D_max为设定的占空比的最大值，f为开关频率，P_o为输出功率。

(3)确定初级峰值电流；

电路工作在连续模式时电流参考计算公式为：

I_{L} \max = 2 * \frac{P_{O}}{\min (v_{in}) * η * D_{\max}} + \frac{2 * \min (v_{in}) * T * D_{\max}}{L_{1}}

(4)确定初级线圈匝数和气隙；

首先做出两点假设：

1、由于磁芯开气隙后剩磁Br减小很多，认为Br＝0；

2、由于气隙磁阻远磁路其他磁阻，认为磁势全部将于气隙处；

根据以上两点假设可以得出初级电感量其中u₀为空气中的磁导率，Ae为气隙处得磁芯截面积，l₀为气隙长度；

工作最大磁感应强度为：

Bm = \frac{I_{l} \max * Np * u_{0}}{l_{0}}

选取最大磁感应强度后，联立以上几式即可求得初级线圈的匝数Np；

(5)计算并调整初，次级匝数；

电流连续或者临界连续可以用如下公式估算出次级匝数：

N_{2} = (V_{0} + V_{d} + I_{0} * R) * (1 - D_{\max}) * \frac{Np}{v_{in} * D_{\max}}

V₀为输出管压降，I₀R为线路压降；

应当理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型的保护范围。对本领域普通技术人员来说，根据上述说明所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种磁致伸缩位移传感器，其特征在于，包括：

电源输入单元，信号激励单元，信号放大单元，信号处理单元和信号输出单元，

其中：

电源输入单元，包括输入电源，变压器，开关，控制芯片，二极管及电阻；

信号激励单元，包括磁铁，波导丝与信号采集器；

信号放大单元，该单元包括信号检测电路与放大整形器；

信号处理单元，该单元包括微控制器和D/A变换电路。

2.如权利要求1所述的磁致伸缩传感器，其特征在于，传感器电源输入单元中含变压器，及与其串联的俩二极管。

3.如权利要求2所述的磁致伸缩传感器，其特征在于传感器电源输入单元里单端反激式升压电路的变压器为普通或定制变压器。

4.如权利要求2所述的磁致伸缩传感器，其特征在于传感器电源输入单元里与控制芯片相联的开关与变压器及俩串联二极管相联。

5.如权利要求1所述的信号激励单元中，其特征在于波导丝与磁铁非接触。

6.如权利要求1所述的输出单元，其特征在于输出单元与外部数据读取装置相联。