CN216668573U - 一种分体式磁致伸缩位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种分体式磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路，还包括恒流源；恒流源的输出端与激励电路的电源端电性连接。通过在激励电路的电源端设置恒流源，可以降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性；在恒流源中设置LC电源滤波电路和三极管恒流电路，LC电源滤波电路可以抑制由于电源引起的电压的跳变，起到滤波和稳压作用；三极管恒流电路保证电源输出至激励电路的电源端上电流恒定，保证激励脉冲的信噪比和稳定性。

Description

一种分体式磁致伸缩位移传感器

技术领域

本实用新型涉及位移传感器领域，尤其涉及一种分体式磁致伸缩位移传感器。

背景技术

磁致伸缩位移传感器的原理是利用两个不同磁场相交时产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自磁环中的永磁铁，另一个来自传感器电子仓中的电子部件产生的激励脉冲。激励脉冲沿传感器内用磁致伸缩材料制造的波导丝以声速运行。当与磁环中的永磁场相交时，由于磁致伸缩现象，波导丝产生的机械振动形成一个应变脉冲。应变脉冲很快便被电子仓中的感测电路探测到。磁致伸缩位移传感器从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，我们便能准确的计算出磁铁的位置变化。这个过程是连续不断的，所以每当磁环位置改变时，新的位置会被迅速测量出来。

其中，激励脉冲由激励电路产生，满足幅度、频率、脉宽等要求的激励脉冲能使磁致伸缩波导丝产生较强的垂直于轴向的环形磁场，从而使磁致伸缩波导丝产生足够大的扭转形变。但是电源杂波对激励电路生成的激励脉冲信号造成干扰，使激励脉冲的波形不稳定，不能使波导丝产生最优的扭转形变。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供一种分体式磁致伸缩位移传感器，在激励电路中设置线性度高并且稳定的恒流源，降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种分体式磁致伸缩位移传感器，在激励电路中设置线性度高并且稳定的恒流源，降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种分体式磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路，还包括恒流源；

恒流源的输出端与激励电路的电源端电性连接，控制器的模拟输出端输出激励信号至激励电路的输入端，激励电路的输出端与波导丝的正极电性连接，波导丝的负极接地；

感测电路的输入端与波导丝感应连接，感测电路的输出端与控制器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，恒流源包括电源、LC电源滤波电路和三极管恒流电路；

电源通过LC电源滤波电路与三极管恒流电路的输入端电性连接，三极管恒流电路的输出端与激励电路的电源端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，LC电源滤波电路包括磁珠L2和电容C14；

电源通过磁珠L2分别与电容C14的一端以及三极管恒流电路的输入端电性连接，电容C14的另一端接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，三极管恒流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5和二极管D2；

电源通过LC电源滤波电路与三极管Q1的集电极电性连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q1的基极与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极通过正向导通的二极管D2与激励电路的电源端电性连接；

电阻R5并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R4并联在三极管Q2的基极与发射极之间。

在以上技术方案的基础上，优选的，激励电路包括上拉带阻R10、或门和MOS管Q001；

控制器的模拟输出端分别与上拉电阻R10的一端、或门的第一输入端及其第二输入端电性连接，上拉电阻R10的另一端与电源电性连接；或门的输出端与MOS管Q001的栅极电性连接，MOS管Q001的源极接地，MOS管Q001的漏极分别与恒流源的输出端以及波导丝的正极电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括串联在激励电路输出端与波导丝的正极之间的RC串联滤波电路。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括并联在波导丝的正极的钳位二极管保护电路。

在以上技术方案的基础上，优选的，感测电路包括感应线圈、放大电路和回波整形电路；

感应线圈与波导丝感应连接，感应线圈的两端通过依次串联的放大电路以及回波整形电路与控制器的模拟输入端电性连接。

本实用新型的一种分体式磁致伸缩位移传感器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过在激励电路的电源端设置恒流源，可以降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性；

(2)在恒流源中设置LC电源滤波电路和三极管恒流电路，LC电源滤波电路可以抑制由于电源引起的电压的跳变，起到滤波和稳压作用；三极管恒流电路保证电源输出至激励电路的电源端上电流恒定，保证激励脉冲的信噪比和稳定性；

(3)设置RC串联滤波电路以及钳位二极管保护电路，RC串联滤波电路可以对激励电路输出端输出的激励信号起到滤波以及抑制振动的作用；钳位二极管保护电路将激励电路输出的激励脉冲电压钳制在固定电压附近，保证激励脉冲的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种分体式磁致伸缩位移传感器的结构图；

图2为本实用新型一种分体式磁致伸缩位移传感器中恒流源的电路图；

图3为本实用新型一种分体式磁致伸缩位移传感器中激励电路、RC串联滤波电路和钳位二极管保护电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路、恒流源、RC串联滤波电路和钳位二极管保护电路。

控制器，用于产生激励信号，所述激励信号是方波脉冲信号；接收感测电路处理后的回波脉冲信号；并在产生电流激励信号的同时启动时间计时，在接收到回波脉冲信号后结束时间计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化。优选的，控制器优选STM32F103C8T6芯片。

恒流源，给激励电路提供恒定电流，降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性。恒流源的输出端与激励电路的电源端电性连接。优选的，本实施例中恒流源包括电源、LC电源滤波电路和三极管恒流电路；其中，电源通过LC电源滤波电路与三极管恒流电路的输入端电性连接，三极管恒流电路的输出端与激励电路的电源端电性连接。LC电源滤波起到滤波和稳压作用；三极管恒流电路保证电源输出至激励电路的电源端上电流恒定。

优选的，如图2所示，LC电源滤波电路包括磁珠L2和电容C14；其中，电源通过磁珠L2分别与电容C14的一端以及三极管恒流电路的输入端电性连接，电容C14的另一端接地。磁珠L2主要作用是扼制电流的跳变，起到稳流的作用；电容C14为退耦电容，其主要用于抑制由于电源引起的电压的跳变，起到稳压的作用。

优选的，如图2所示，三极管恒流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5和二极管D2；电源通过LC电源滤波电路与三极管Q1的集电极电性连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q1的基极与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极通过正向导通的二极管D2与激励电路的电源端电性连接；电阻R5并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R4并联在三极管Q2的基极与发射极之间。其中，电阻R5做启动电阻，在上电时保证NPN三极管Q1导通，这时电流流过三极管Q1以及电阻R4。电流在电阻R4上产生压降，如果压降高于0.7V，则三极管Q2导通，其集电极被拉低，三极管Q1的基极是低电平，三极管Q1截止，则整个回路被切断；之后三极管Q1再次导通，依此循环。其中，流到激励电路的电源端的电流的值为I＝0.7/R4。通过R4来调节电流的大小。

激励电路，由于控制器输出的方波脉冲信号信号易受环境干扰造成波形失真，为了解决这个问题，本实施例设置了激励电路对控制器输出的激励信号进行放大和整形，并传递给波导丝的两端。本实施例中，恒流源的输出端与激励电路的电源端电性连接，控制器的模拟输出端输出激励信号至激励电路的输入端，激励电路的输出端与波导丝的正极电性连接，波导丝的负极接地。优选的，如图3所示，激励电路包括上拉带阻R10、或门和MOS管Q001；其中，控制器的模拟输出端分别与上拉电阻R10的一端、或门的第一输入端及其第二输入端电性连接，上拉电阻R10的另一端与电源电性连接；或门的输出端与MOS管Q001的栅极电性连接，MOS管Q001的源极接地，MOS管Q001的漏极分别与恒流源的输出端以及波导丝的正极电性连接。上拉电阻R10将或门的第一输入端及其第二输入端钳位在高电平，确保或门的输入不会自偏置和浮动，使得或门输出高电平，所述高电平输出至MOS管Q001的栅极；通过或门对控制器输出的激励信号进行整形，保证其波形稳定。MOS管Q001的漏极为激励电路的输出端。用BDSV+表示恒流源的输出；图2中“激励”表示控制器输出的激励信号；本实施例中，将激励电路、RC串联滤波电路、钳位二极管保护电路封装在磁致尺模块中，磁致尺模块的引脚1对应图3中BDSV+端子；磁致尺模块的引脚2上的“驱动脉冲”与图3中“驱动脉冲”是同一脉冲，可以认为这两点是同一连接点；磁致尺模块的引脚5对应感应线圈的输出，引脚5上的“信号输出”为回波脉冲信号，其外接放大电路和回波整形电路。

RC串联滤波电路，用于滤波以及抑制振动的作用。优选的，如图3所示，RC串联滤波电路包括串联的电容C001和电阻R001；其中，电容C001防止电压突变，吸收尖峰状态的过电压；电阻R001起阻尼作用，电阻消耗过电压的能量，从而抑制电路的振荡。

钳位二极管保护电路，将激励电路输出的激励脉冲电压钳制在固定电压附近，保证激励脉冲的稳定性。钳位二极管保护电路的结构如图3所示。

感测电路，用于拾取激励信号，并对激励信号进行放大和整形处理后输出至控制器，控制器采集到激励信号的同时结束计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化。优选的，感测电路包括感应线圈、放大电路和回波整形电路；其中，感应线圈与波导丝感应连接，感应线圈的两端通过依次串联的放大电路以及回波整形电路与控制器的模拟输入端电性连接。其中，感应线圈拾取激励信号，并产生回波脉冲信号，所述回波脉冲信号经过放大电路放大以及回波整形电路整形后输出至控制器的模拟输入端。本实施例并不涉及对感测电路的结构改进，可以采用现有技术实现，在此不再累述。

本实施例的工作原理为：控制器发送出激励脉冲信号给激励电路，控制器发出高电平的电压脉冲，波导丝产生电流，当控制器发出低电平的电压脉冲，波导丝中无电流产生；控制器发出的高电平经过激励电路中的或门整形后输出至激励电路中的MOS管Q001，驱动MOS管Q001打开，此时，恒流源中的电源经过LC电源滤波电路滤波以及稳压后，输出至三极管恒流电路，三极管恒流电路为激励电路的电源端提供恒定电流，激励脉冲经过RC串联滤波电路滤波后，再经过钳位二极管保护电路限压，最后输出至波导丝；波导丝在高电平的电压脉冲下产生应变脉冲的同时，与此同时，控制器启动时间计时；应变脉冲在波导丝中传递至线圈感应单元中的感应线圈，利用磁致伸缩逆效应，感应线圈产生回波电压脉冲信号，回波电压脉冲信号经过放大电路和回波整形电路处理后输出至控制器，回波电压脉冲信号被探测到，控制器结束时间计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化。

本实施例的有益效果为：通过在激励电路的电源端设置恒流源，可以降低电源对激励脉冲的干扰，保证激励脉冲的信噪比和稳定性；

在恒流源中设置LC电源滤波电路和三极管恒流电路，LC电源滤波电路可以抑制由于电源引起的电压的跳变，起到滤波和稳压作用；三极管恒流电路保证电源输出至激励电路的电源端上电流恒定，保证激励脉冲的信噪比和稳定性；

设置RC串联滤波电路以及钳位二极管保护电路，RC串联滤波电路可以对激励电路输出端输出的激励信号起到滤波以及抑制振动的作用；钳位二极管保护电路将激励电路输出的激励脉冲电压钳制在固定电压附近，保证激励脉冲的稳定性。

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，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分体式磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路，其特征在于：还包括恒流源；

所述恒流源的输出端与激励电路的电源端电性连接，控制器的模拟输出端输出激励信号至激励电路的输入端，激励电路的输出端与波导丝的正极电性连接，波导丝的负极接地；

所述感测电路的输入端与波导丝感应连接，感测电路的输出端与控制器的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述恒流源包括电源、LC电源滤波电路和三极管恒流电路；

所述电源通过LC电源滤波电路与三极管恒流电路的输入端电性连接，三极管恒流电路的输出端与激励电路的电源端电性连接。

3.如权利要求2所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述LC电源滤波电路包括磁珠L2和电容C14；

所述电源通过磁珠L2分别与电容C14的一端以及三极管恒流电路的输入端电性连接，电容C14的另一端接地。

4.如权利要求2或3所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述三极管恒流电路包括三极管Q1、三极管Q2、电阻R4、电阻R5和二极管D2；

所述电源通过LC电源滤波电路与三极管Q1的集电极电性连接，三极管Q1的发射极与三极管Q2的基极电性连接，三极管Q1的基极与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极通过正向导通的二极管D2与激励电路的电源端电性连接；

所述电阻R5并联在三极管Q1的集电极与基极之间；电阻R4并联在三极管Q2的基极与发射极之间。

5.如权利要求1或2所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述激励电路包括上拉电阻R10、或门和MOS管Q001；

所述控制器的模拟输出端分别与上拉电阻R10的一端、或门的第一输入端及其第二输入端电性连接，上拉电阻R10的另一端与电源电性连接；或门的输出端与MOS管Q001的栅极电性连接，MOS管Q001的源极接地，MOS管Q001的漏极分别与恒流源的输出端以及波导丝的正极电性连接。

6.如权利要求1或2所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：还包括串联在激励电路输出端与波导丝的正极之间的RC串联滤波电路。

7.如权利要求6所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：还包括并联在波导丝的正极的钳位二极管保护电路。

8.如权利要求1所述的一种分体式磁致伸缩位移传感器，其特征在于：所述感测电路包括感应线圈、放大电路和回波整形电路；

所述感应线圈与波导丝感应连接，感应线圈的两端通过依次串联的放大电路以及回波整形电路与控制器的模拟输入端电性连接。

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