CN204831161U - 一种内置式直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种内置式直线位移传感器，包括：供电单元，包括：直流源和与直流源相连的第一至第四恒压源；设置及输出单元与直流源和第一和第二恒压源相连；信号发射单元与第二和第四恒压源相连；信号接收及处理单元与第二和第三恒压源相连控制单元与第二恒压源、设置及输出单元、信号发射单元和信号接收及处理单元相连；壳体，直流源位于壳体的外部，第一至第四恒压源、设置及输出单元、信号发射单元、信号接收及处理单元和控制单元位于壳体的内部。本实用新型具有低功耗、耗电量极低的特点，并且内部设置有保护器件，可以防止误操作导致的系统不可修复性损坏。

Description

一种内置式直线位移传感器

技术领域

本实用新型涉及位移传感器技术领域，特别涉及一种内置式直线位移传感器。

背景技术

直线位移传感器包括光栅、磁栅、容栅、球栅和感应同步器，近年来特别是磁致伸缩位移传感器及其测量仪表随着信息技术(IT)和制造技术(MT)的发展得到了相应的迅速发展。

但是直线位移传感器技术仍存在以下问题：工作不稳定、维修难度大、价格昂贵，因此给国内用户的使用带来很大的不便，并且价格较为昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种内置式直线位移传感器。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种内置式直线位移传感器，包括：供电单元，包括：直流源和与所述直流源相连的第一至第四恒压源；用于输出可调电压和电流的设置及输出单元，所述设置及输出单元与所述直流源和所述第一和第二恒压源相连；用于发射激励脉冲的信号发射单元，所述信号发射单元与所述第二和第四恒压源相连；用于接收周期性信号并进行调制的信号接收及处理单元，所述信号接收及处理单元与所述信号发射单元、第二和第三恒压源相连，所述信号接收及处理单元包括：仪表放大器、数字电位器、第一和第二比较器和双运算放大器，其中，所述仪表放大器的输出端连接至所述数字电位器的信号端，所述数字电位器的输出端连接至所述第一比较器的正向输入端，所述第一比较器的负向输入端连接至所述第二比较器的正向输入端，所述第二比较器的负向输入端连接至所述双运算放大器的负向输入端；用于根据调制后的信号测量位移的控制单元，所述控制单元与所述第二恒压源、设置及输出单元、信号发射单元和信号接收及处理单元相连，其中，所述信号接收及处理单元的所述双运算放大器产生测量中断信号并发送至所述控制单元；壳体，所述直流源位于所述壳体的外部，所述第一至第四恒压源、设置及输出单元、信号发射单元、信号接收及处理单元和控制单元位于所述壳体的内部。

进一步，所述第一恒压源输出10V电压、所述第二恒压源输出5V电压，所述第三恒压源输出15V电压，所述第四恒压源输出60V电压。

进一步，所述控制单元为低功耗8位CMOS微控制器。

进一步，所述信号发射单元包括：NPN型三极管和升压控制电路，其中，所述NPN型三极管的基极连接至所述控制单元的激励信号输出端以每隔预设时长接收一个激励信号，所述升压控制电路连接至所述NPN型三极管的集电极。

根据本实用新型实施例的内置式直线位移传感器，供电单元可以为宽范围供电，在18V与30V之间，系统都能正常工作，降低了工作环境的要求。并且，本实用新型具有低功耗、耗电量极低的特点，并且内部设置有保护器件，可以防止误操作导致的系统不可修复性损坏。此外，本实用新型的内置式直线位移传感器还具有工作稳定、安装简便、操作简便、生产成本低、测量精度高、调试方便、接口方便、可靠性高等特点。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的内置式直线位移传感器的结构图；

图2(a)和(b)为根据本实用新型实施例的供电单元的电路图；

图3为根据本实用新型实施例的设置及输出单元的电路图；

图4为根据本实用新型实施例的信号发射单元的电路图；

图5为根据本实用新型实施例的信号接收及处理单元的电路图；

图6为根据本实用新型实施例的控制单元的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面首先对直线位移传感器的原理进行说明：直线位移传感器通过磁致伸缩原理进行位移测量。通过在波导丝中加以电流激励，这个电流在传播过程中遇到磁场会使波导丝发生机械振动。这个机械振动以一定的速度传播，通过采集这个振动传播的时间，就可以计算出振动传播的距离，从而获得实际物体移动的距离。系统采集到这个距离后，通过运算并通过标准的工业自动化接口将这个位移信息传送给控制设备，从而控制设备通过这个信号控制设备的运行。

如图1所示，本实用新型实施例的内置式直线位移传感器，包括：供电单元1、设置及输出单元2、信号发射单元3、信号接收及处理单元4、控制单元5和壳体(未示出)。

具体地，供电单元1包括直流源11、第一恒压源12、第二恒压源13、第三恒压源14、第四恒压源15，其中，第一至第四恒压源分别与直流源11相连。其中，直流源11为可调直流源，供电电压为18到30V可调，属于宽电压工作。在本实用新型的一个实施例中，第一恒压源12输出10V电压、第二恒压源13输出5V电压，第三恒压源14输出15V电压，第四恒压源15输出60V电压，第一至第四恒压源均与直流源11相连，在直流源11的调整下输出对应电压，可以对后续各个功能单元进行供电。

图2(a)和(b)为根据本实用新型实施例的供电单元1的电路图。

设置及输出单元2用于输出可调电压和电流，其中，设置及输出单元2与直流源11、第一恒压源12、第二恒压源13相连。具体地，设置及输出单元2输出方式分为两种：0—10V电压输出和4mA—20mA电流输出。在本实用新型的一个实施例中，设置及输出单元2可以为分辨率为16位模数转换器DA，精度为0.0015％(最小1um)。

图3为根据本实用新型实施例的设置及输出单元2的电路图。

信号发射单元3用于发射激励脉冲，其中信号发射单元3与第二恒压源13和第四恒压源15相连。

图4为根据本实用新型实施例的信号发射单元3的电路图。

具体地，信号发射单元3包括：NPN型三极管Q3和升压控制电路U20。其中，NPN型三极管Q3的基极连接至控制单元5的激励信号输出端PB4，控制单元5驱动60V电源每隔预设时长(例如1ms)发设一个2.5us脉宽的激励信号，信号发射单元3接收该激励信号，升压控制电路U20连接至NPN型三极管的集电极，以产生接收部分能够采集到的周期性信号。

信号接收及处理单元4用于接收周期性信号并进行调制，其中，信号接收及处理单元4与信号发射单元3、第二恒压源13、第三恒压源14相连。

图5为根据本实用新型实施例的信号接收及处理单元4的电路图。

具体地，信号接收及处理单元4包括：仪表放大器U3、数字电位器U7、第一比较器U5、第二比较器U6和双运算放大器。其中，仪表放大器U3的输出端连接至数字电位器U7的信号端，数字电位器U7的输出端连接至第一比较器U5的正向输入端，第一比较器的负向输入端连接至第二比较器的正向输入端，第二比较器的负向输入端连接至双运算放大器的负向输入端，其中，双运算放大器产生测量中断信号并发送至控制单元5。

信号接收及处理单元4对来自所述信号发射单元3的周期性信号经过多次滤波与放大处理，将被处理过的信号源再经过调制，控制单号5才能够对信号进行后续的运算与处理。

控制单元5用于根据调制后的信号测量位移，其中，控制单元5与第二恒压源、设置及输出单元2、信号发射单元3和信号接收及处理单元4相连。

图6为根据本实用新型实施例的控制单元5的电路图。

在本实用新型的一个实施例中，控制单元5可以为低功耗8位CMOS微控制器。

控制单元5控制着整个系统，驱动系统的前端的设置及输出单元2、中端的信号发射单元3的信号发射周期，后端的信号接收及处理单元4的信号分析。供电单元1分为每个空模块提供相应的电压，是整个系统的能量来源。

在本实用新型的一个时间实施例中，控制单元5可以采用ATmega16微处理器作为主控芯片，其运行速度可调、常规运行速度为8MHz，可以实现倍频与分频。

需要说明的是，直流源11位于壳体的外部，第一至第四恒压源、设置及输出单元2、信号发射单元3、信号接收及处理单元4和控制单元5位于壳体的内部。

下面对本实用新型的内置式直线位移传感器的工作进行分析：控制单元5的管脚PB4每毫秒发射一次激励信号，驱动60V输出高压脉冲磁场；高压脉冲磁场与磁铁的永磁场垂直撞使得波导丝因磁场变化产生径向形变，使得震动产生并在波导丝上传递震动能量，当震动传递到转换器，转换器将动能转化成电能，产生微弱电压。仪表放大器U3进行小信号初步放大，再由数字电位器U7控制放大输出到比较器第一比较器U5，第二比较器U6产生测量中断，通知控制单元5进行时间处理，控制输出相应电压电流信号。本实用新型能够实现测量位移范围可调，调整方式通过一根设置线分别与供电电源正负短接，实现起始与终点的设置。

根据本实用新型实施例的内置式直线位移传感器，供电单元可以为宽范围供电，在18V与30V之间，系统都能正常工作，降低了工作环境的要求。并且，本实用新型具有低功耗、耗电量极低的特点，并且内部设置有保护器件，可以防止误操作导致的系统不可修复性损坏。此外，本实用新型的内置式直线位移传感器还具有工作稳定、安装简便、操作简便、生产成本低、测量精度高、调试方便、接口方便、可靠性高等特点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (4)

1.一种内置式直线位移传感器，其特征在于，包括：

供电单元，包括：直流源和与所述直流源相连的第一至第四恒压源；

用于输出可调电压和电流的设置及输出单元，所述设置及输出单元与所述直流源和所述第一和第二恒压源相连；

用于发射激励脉冲的信号发射单元，所述信号发射单元与所述第二和第四恒压源相连；

用于接收周期性信号并进行调制的信号接收及处理单元，所述信号接收及处理单元与所述信号发射单元、第二和第三恒压源相连，其中，所述信号接收及处理单元包括：仪表放大器、数字电位器、第一和第二比较器和双运算放大器，其中，所述仪表放大器的输出端连接至所述数字电位器的信号端，所述数字电位器的输出端连接至所述第一比较器的正向输入端，所述第一比较器的负向输入端连接至所述第二比较器的正向输入端，所述第二比较器的负向输入端连接至所述双运算放大器的负向输入端；

用于根据调制后的信号测量位移的控制单元，所述控制单元与所述第二恒压源、设置及输出单元、信号发射单元和信号接收及处理单元相连，其中，所述信号接收及处理单元的所述双运算放大器产生测量中断信号并发送至所述控制单元；

壳体，所述直流源位于所述壳体的外部，所述第一至第四恒压源、设置及输出单元、信号发射单元、信号接收及处理单元和控制单元位于所述壳体的内部。

2.如权利要求1所述的内置式直线位移传感器，其特征在于，所述第一恒压源输出10V电压、所述第二恒压源输出5V电压，所述第三恒压源输出15V电压，所述第四恒压源输出60V电压。

3.如权利要求1所述的内置式直线位移传感器，其特征在于，所述控制单元为低功耗8位CMOS微控制器。

4.如权利要求1所述的内置式直线位移传感器，其特征在于，所述信号发射单元包括：NPN型三极管和升压控制电路，其中，所述NPN型三极管的基极连接至所述控制单元的激励信号输出端以每隔预设时长接收一个激励信号，所述升压控制电路连接至所述NPN型三极管的集电极。