專利名稱：用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)檢測(cè)電路的技術(shù)，特別是涉及一種用于磁致伸縮位移傳感器的信
號(hào)檢測(cè)電路的技術(shù)。
背景技術(shù)：
磁致伸縮位移傳感器是一種通過(guò)內(nèi)部非接觸式的測(cè)控技術(shù)精確地檢測(cè)活動(dòng)磁環(huán) 的絕對(duì)位置來(lái)測(cè)量被檢測(cè)產(chǎn)品的實(shí)際位移值的非接觸測(cè)量器具，具有高分辨率，高線性度， 絕對(duì)量位置信號(hào)輸出和防護(hù)等級(jí)高(IP69)等顯著優(yōu)點(diǎn)，可以滿足絕大多數(shù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的需 求。 磁致伸縮位移傳感器都由信號(hào)檢測(cè)電路(內(nèi)置波導(dǎo)絲)和永久磁鐵組成。當(dāng)信號(hào)
檢測(cè)電路中的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖沿波導(dǎo)絲傳遞時(shí)，電脈沖會(huì)同時(shí)伴隨產(chǎn)生一個(gè)垂直
于波導(dǎo)絲的環(huán)形磁場(chǎng)以光速沿波導(dǎo)絲傳遞；當(dāng)電脈沖環(huán)形磁場(chǎng)與永久磁鐵固有磁場(chǎng)相遇，
二者的磁場(chǎng)矢量相疊加形成螺旋磁場(chǎng)，產(chǎn)生瞬時(shí)扭力并在波導(dǎo)絲上形成一個(gè)機(jī)械扭力波以
聲速傳遞并被傳感器一端的感應(yīng)線圈拾取，使線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)脈沖。通過(guò)測(cè)量激勵(lì)電脈
沖與扭力波返回產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖之間的時(shí)間差，就可以精確地計(jì)算出永久磁鐵的位置。 但是，現(xiàn)有磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，對(duì)傳感器中微
弱電信號(hào)的放大水平較低，不能使波導(dǎo)絲產(chǎn)生最優(yōu)扭轉(zhuǎn)波信號(hào)，因此不能保證模擬信號(hào)的
信噪比和穩(wěn)定性，而且現(xiàn)有磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路對(duì)高速信號(hào)的檢測(cè)精度也
較低，上述原因使得現(xiàn)有磁致伸縮位移傳感器具有穩(wěn)定性差、檢測(cè)精度低及抗干擾能力差
的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種穩(wěn)定性
好、檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路。 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所提供的一種用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢
測(cè)電路，所述磁致伸縮位移傳感器包括永久磁鐵，其特征在于，該電路包括 輸出單元，用于輸出永久磁鐵的位置信息； 微控制器，設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端、數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，用于計(jì)算永久磁鐵的 位置，并通過(guò)其數(shù)據(jù)輸出端連接并輸出計(jì)算結(jié)果至輸出單元； 信號(hào)激勵(lì)脈沖單元，包括推挽式功率放大器和波導(dǎo)絲；所述微控制器經(jīng)其脈沖信 號(hào)輸出端、推挽式功率放大器連接并輸出周期窄脈沖信號(hào)至波導(dǎo)絲的兩端，使波導(dǎo)絲在所 述永久磁鐵的位置產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波信號(hào)； 信號(hào)放大及處理單元，包括用于拾取波導(dǎo)絲的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)的感應(yīng)線圈、放大整形 器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和RS觸發(fā)器；所述RS觸發(fā)器設(shè)有信號(hào)輸出端、第一輸入端和第二輸入端； 所述感應(yīng)線圈感應(yīng)連接波導(dǎo)絲，其兩端經(jīng)放大整形器連接并輸出感應(yīng)信號(hào)至RS觸發(fā)器的 第一輸入端；所述微控制器經(jīng)其脈沖信號(hào)輸出端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器連接并輸出經(jīng)延時(shí)處理的周期窄脈沖信號(hào)至RS觸發(fā)器的第二輸入端； 時(shí)間測(cè)量單元，包括用于產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)的高頻信號(hào)發(fā)生器和外接計(jì)數(shù)器，所 述高頻信號(hào)發(fā)生器連接并輸出高頻脈沖信號(hào)至外接計(jì)數(shù)器，所述RS觸發(fā)器經(jīng)其信號(hào)輸出 端連接并控制外接計(jì)數(shù)器對(duì)高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述外接計(jì)數(shù)器連接并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果 至微控制器的數(shù)據(jù)輸入端； 電源模塊，連接各單元，用于向各單元供電。 進(jìn)一步的，所述微控制器設(shè)有控制信號(hào)輸出端，所述推挽式功率放大器設(shè)有信號(hào) 輸入端、控制信號(hào)輸入端、第一信號(hào)輸出端和第二信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸入端連接微控制器 的脈沖信號(hào)輸出端，其控制信號(hào)輸入端連接微控制器的控制信號(hào)輸出端，所述微控制器經(jīng) 其控制信號(hào)輸出端控制推挽式功率放大器的打開(kāi)和關(guān)閉；所述波導(dǎo)絲的兩端分別為第一加 載端和第二加載端，所述推挽式功率放大器的第一信號(hào)輸出端連接波導(dǎo)絲的第一加載端， 其第二信號(hào)輸出端連接波導(dǎo)絲的第二加載端。 進(jìn)一步的，所述放大整形器包括第一級(jí)放大芯片、第二級(jí)放大芯片和比較器；所述 第一級(jí)放大芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端、兩個(gè)增益控制端和信號(hào)輸出端，所述第二級(jí) 放大芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端和信號(hào)輸出端，所述比較器設(shè)有同向輸入端、反向輸 入端和信號(hào)輸出端； 所述第一級(jí)放大芯片的同向輸入端和反向輸入端分別連接感應(yīng)線圈的兩端，而且
其同向輸入端和反向輸入端之間接有由一個(gè)電容及兩個(gè)二極管并接而成的濾波回路，用于
輸入信號(hào)濾波和輸入保護(hù)；第一級(jí)放大芯片的兩個(gè)增益控制端之間接有一個(gè)用于控制和調(diào)
節(jié)其增益的電位器，其信號(hào)輸出端經(jīng)一電阻接至第二級(jí)放大芯片的同向輸入端； 所述第二級(jí)放大芯片的反向輸入端經(jīng)一用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電阻連接其信
號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端經(jīng)一電阻接至比較器的同向輸入端； 所述比較器的反向輸入端連接正電源，并經(jīng)一穩(wěn)壓管接到模擬地；其信號(hào)輸出端 經(jīng)一上拉電阻連接正電源，并接至RS觸發(fā)器的第一輸入端； 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)有輸入端、輸出端和兩個(gè)延時(shí)控制端，其輸入端連接微控制 器的脈沖信號(hào)輸出端，其輸出端接至RS觸發(fā)器的第二輸入端，兩個(gè)延時(shí)控制端之間接有一 電容，而且其中一個(gè)延時(shí)控制端經(jīng)一電阻連接正電源，用于控制和調(diào)節(jié)延遲時(shí)間的長(zhǎng)短。
進(jìn)一步的，所述微控制器設(shè)有內(nèi)置計(jì)數(shù)器，并設(shè)有連接其內(nèi)置計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入
丄山
順； 所述外接計(jì)數(shù)器設(shè)有第一控制端、第二控制端、時(shí)鐘輸入端、輸出端、預(yù)制數(shù)端和 電源端；其第一控制端連接所述RS觸發(fā)器的信號(hào)輸出端，其時(shí)鐘輸入端連接高頻信號(hào)發(fā)生 器，其第二控制端、預(yù)制數(shù)端和電源端相互連接，并經(jīng)一電容耦合到數(shù)字地；所述電源模塊 輸出至少兩種電壓規(guī)格的電源，其中兩種電壓規(guī)格的電源各經(jīng)一 電源選擇電阻連接外接計(jì) 數(shù)器的電源端；所述外接計(jì)數(shù)器的輸出端接到微控制器的數(shù)據(jù)輸入端，其輸出端有四個(gè)輸 出管腳，其中三個(gè)為低位管腳，另一個(gè)為高位管腳，其高位管腳接到微控制器內(nèi)置計(jì)數(shù)器的 時(shí)鐘輸入端； 所述輸出單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和運(yùn)放芯片，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片設(shè)有輸入端、反 饋端和輸出端，所述運(yùn)放芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端和輸出端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的 輸入端連接微控制器的數(shù)據(jù)輸出端，其輸出端和反饋端相互連接，并經(jīng)一電阻接到運(yùn)放芯
5片的同向輸入端；所述運(yùn)放芯片的反向輸入端經(jīng)一電阻接到模擬地，并經(jīng)一用于控制和調(diào) 節(jié)其增益的電位器接到其輸出端。 本發(fā)明提供的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路，利用推挽式功率放大器 對(duì)微控制器輸出的周期窄脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，通過(guò)調(diào)節(jié)推挽式功率放大器輸出的激勵(lì)脈沖 的寬度，可使波導(dǎo)絲產(chǎn)生最優(yōu)的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)，從而在高增益的同時(shí)，最大程度保證了模擬信 號(hào)的信噪比和穩(wěn)定性，為測(cè)量精度提供了保證；利用放大整形器對(duì)感應(yīng)線圈輸出的感應(yīng)信 號(hào)進(jìn)行放大及整形處理，并利用RS觸發(fā)器控制計(jì)數(shù)器對(duì)高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而在高 精度快速測(cè)量的同時(shí)，屏蔽了錯(cuò)誤信息可能產(chǎn)生的干擾；綜上所述，本發(fā)明具有穩(wěn)定性好、 檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的信號(hào)激勵(lì)脈 沖單元的電路圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的信號(hào)放大及 處理單元的電路圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的輸出單元、微 控制器和時(shí)間測(cè)量單元的電路圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的電源模塊的 電路圖； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路的信號(hào)激勵(lì)脈 沖單元、信號(hào)放大及處理單元的各信號(hào)工作時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限 制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電 路，所述磁致伸縮位移傳感器包括永久磁鐵，其特征在于，該電路包括
輸出單元106，用于輸出永久磁鐵的位置信息； 微控制器104，設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端、數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，用于計(jì)算永久磁 鐵的位置，并通過(guò)其數(shù)據(jù)輸出端連接并輸出計(jì)算結(jié)果至輸出單元106 ; 信號(hào)激勵(lì)脈沖單元IOI，包括推挽式功率放大器和波導(dǎo)絲；所述微控制器104經(jīng)其 脈沖信號(hào)輸出端、推挽式功率放大器連接并輸出周期窄脈沖信號(hào)至波導(dǎo)絲的兩端，使波導(dǎo) 絲在所述永久磁鐵的位置產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波信號(hào)； 信號(hào)放大及處理單元102，包括用于拾取波導(dǎo)絲的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)的感應(yīng)線圈、放大整 形器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和RS觸發(fā)器；所述RS觸發(fā)器設(shè)有信號(hào)輸出端、第一輸入端和第二輸入 端；所述感應(yīng)線圈感應(yīng)連接波導(dǎo)絲，其兩端經(jīng)放大整形器連接并輸出感應(yīng)信號(hào)至RS觸發(fā)器 的第一輸入端；所述微控制器104經(jīng)其脈沖信號(hào)輸出端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器連接并輸出經(jīng)延時(shí) 處理的周期窄脈沖信號(hào)至RS觸發(fā)器的第二輸入端；
時(shí)間測(cè)量單元103，包括用于產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)的高頻信號(hào)發(fā)生器和外接計(jì)數(shù)器， 所述高頻信號(hào)發(fā)生器連接并輸出高頻脈沖信號(hào)至外接計(jì)數(shù)器，所述RS觸發(fā)器經(jīng)其信號(hào)輸 出端連接并控制外接計(jì)數(shù)器對(duì)高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述外接計(jì)數(shù)器連接并輸出計(jì)數(shù)結(jié) 果至微控制器104的數(shù)據(jù)輸入端； 電源模塊105，連接各單元，用于向各單元供電。 本發(fā)明實(shí)施例中，所述電源模塊105輸出四種電壓規(guī)格的電源，分別為+15V電源、 +5V電源、+3. 5V電源和-12V電源； 如圖2所示，所述微控制器104(參見(jiàn)圖4)設(shè)有控制信號(hào)輸出端(管腳13)，所述 推挽式功率放大器U4設(shè)有信號(hào)輸入端(管腳2)、控制信號(hào)輸入端(管腳1)、第一信號(hào)輸 出端(管腳3)和第二信號(hào)輸出端(管腳6)，其型號(hào)為L(zhǎng)293NE，其信號(hào)輸入端(管腳2)連 接微控制器104的脈沖信號(hào)輸出端(管腳14)，其控制信號(hào)輸入端(管腳1)連接微控制器 104的控制信號(hào)輸出端(管腳13)，所述微控制器104經(jīng)其控制信號(hào)輸出端控制推挽式功率 放大器U4的打開(kāi)和關(guān)閉；所述推挽式功率放大器U4的管腳中的4、5、12、13四個(gè)管腳直接 接模擬地，其管腳8連接電源模塊所提供的+15V電源，并經(jīng)兩個(gè)去耦電容C7、C8接模擬地， 其管腳16連接電源模塊所提供的+5V電源，并經(jīng)兩個(gè)去耦電容C9、 C10接模擬地；
所述波導(dǎo)絲的兩端分別為第一加載端和第二加載端，所述推挽式功率放大器U4 的第一信號(hào)輸出端(管腳3)經(jīng)一二極管D3接模擬地，并經(jīng)另一二極管D4連接+15V電源 及波導(dǎo)絲的第一加載端，其第二信號(hào)輸出端(管腳6)經(jīng)一二極管D2連接+15V電源，并經(jīng) 一二極管Dl接模擬地及波導(dǎo)絲的第二加載端； 如圖3所示，所述放大整形器包括第一級(jí)放大芯片U6、第二級(jí)放大芯片U7和比較 器U8;所述第一級(jí)放大芯片U6設(shè)有同向輸入端(管腳3)、反向輸入端(管腳2)、兩個(gè)增益 控制端(管腳1、8)和信號(hào)輸出端(管腳6)，其型號(hào)為INA111，所述第二級(jí)放大芯片U7設(shè)有 同向輸入端(管腳3)、反向輸入端(管腳2)和信號(hào)輸出端(管腳1)，其型號(hào)為TL082IDR， 所述比較器U8設(shè)有同向輸入端(管腳3)、反向輸入端(管腳2)和信號(hào)輸出端(管腳l)， 其型號(hào)為L(zhǎng)M2903DR ; 所述第一級(jí)放大芯片U6的同向輸入端(管腳3)和反向輸入端(管腳2)分別連 接感應(yīng)線圈J2的兩端，而且其同向輸入端(管腳3)和反向輸入端(管腳2)之間接有由一 個(gè)電容C15及兩個(gè)二極管D6、 D7并接而成的濾波回路，用于輸入信號(hào)濾波和輸入保護(hù)；第 一級(jí)放大芯片U6的兩個(gè)增益控制端(管腳1、8)之間接有一個(gè)用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電 位器W2，其信號(hào)輸出端(管腳6)經(jīng)一電阻R6接至第二級(jí)放大芯片U7的同向輸入端(管 腳3);所述第一級(jí)放大芯片U6的管腳4連接-12V電源，并經(jīng)兩個(gè)電容C16、 C17耦合接模 擬地，其管腳7連接+15V電源，并經(jīng)兩個(gè)電容C19、 C18耦合接模擬地，其管腳5接模擬地；
所述第二級(jí)放大芯片U7的反向輸入端(管腳2)經(jīng)一電阻R8接到模擬地，并經(jīng)一 用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電阻R7連接其信號(hào)輸出端(管腳1)，其信號(hào)輸出端(管腳1)經(jīng) 一電阻R9接至比較器U8的同向輸入端(管腳3);其管腳4連接-12V電源，并經(jīng)一 電容C20 耦合接模擬地；其管腳8連接+15V電源，并經(jīng)一電容C21耦合接模擬地；
所述RS觸發(fā)器由型號(hào)為74HC00的與非門U9構(gòu)成，所述與非門U9的管腳6與管 腳22相連，管腳3與管腳5相連，其管腳4為RS觸發(fā)器的第一輸入端，管腳1為RS觸發(fā)器 的第二輸入端，管腳3為RS觸發(fā)器的信號(hào)輸出端，其管腳9、 10為第一反向輸入端，管腳8為第一反向輸出端，管腳12、13為第二反向輸入端，管腳11為第二反向輸出端滑腳14連 接+3. 5V電源，并經(jīng)一電容C23耦合到數(shù)字地；管腳7接數(shù)字地； 所述比較器U8的反向輸入端(管腳2)連接+5V電源，并經(jīng)一穩(wěn)壓管D8接到模擬 地；其管腳4接模擬地，其管腳8連接+5V電源，并經(jīng)一電容C22耦合接模擬地；其信號(hào)輸出 端(管腳1)經(jīng)一上拉電阻R10連接+5V電源，并經(jīng)與非門U9的第一反向輸入端(管腳9、 10)、第一反向輸出端(管腳8)接至RS觸發(fā)器的第一輸入端； 所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U10設(shè)有輸入端(管腳1)、輸出端(管腳13)和兩個(gè)延時(shí)控制 端(管腳14、15)，其型號(hào)為74HC123，其輸入端(管腳1)連接微控制器104(參見(jiàn)圖4)的 脈沖信號(hào)輸出端(管腳14)，其輸出端(管腳13)經(jīng)與非門U9的第二反向輸入端(管腳12、 13)、第二反向輸出端(管腳ll)接至RS觸發(fā)器的第二輸入端；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U10的管腳2、 3、 16連接+3. 5V電源，并經(jīng)一電容C24耦合到數(shù)字地；其管腳8連到數(shù)字地；兩個(gè)延時(shí)控制 端(管腳14、15)之間接有一電容C25，而且其中一個(gè)延時(shí)控制端(管腳15)經(jīng)一電阻Rll 連接+3. 5V電源，用于控制和調(diào)節(jié)延遲時(shí)間的長(zhǎng)短； 如圖4所示，所述微控制器104采用TI公司生產(chǎn)的低功耗16位微處理器 MSP430F247，該微處理器設(shè)有內(nèi)置計(jì)數(shù)器，并設(shè)有連接其內(nèi)置計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端(管腳 43); 所述外接計(jì)數(shù)器U11設(shè)有第一控制端(管腳7)、第二控制端(管腳10)、時(shí)鐘輸入 端(管腳2)、輸出端、預(yù)制數(shù)端(管腳9)和電源端(管腳16)，其型號(hào)為74AC161 ;其第一 控制端(管腳7)連接所述RS觸發(fā)器的信號(hào)輸出端，其時(shí)鐘輸入端(管腳2)連接高頻信號(hào) 發(fā)生器Q3的輸出端(管腳3)，其第二控制端(管腳10)、預(yù)制數(shù)端(管腳9)和電源端(管 腳16)相互連接，并經(jīng)一電容C27耦合到數(shù)字地；所述外接計(jì)數(shù)器Ull的電源端(管腳16) 經(jīng)一電源選擇電阻R13連接+5V電源，經(jīng)另一電源選擇電阻R12連接+3. 5V電源，電阻R13 和R12 —般為0電阻，當(dāng)高頻信號(hào)頻率在80 lOOMHz時(shí)，由+5V電源供電，當(dāng)高頻信號(hào)頻 率低于80MHz時(shí)，由+3. 5V電源供電，從而降低外接計(jì)數(shù)器Ull的功耗；所述外接計(jì)數(shù)器Ull 的輸出端(管腳14、13、12、11)接到微控制器104的數(shù)據(jù)輸入端(管腳44、45、46、47)，其 輸出端有四個(gè)輸出管腳，其中管腳14、13、12三個(gè)管腳為低位管腳，另一個(gè)管腳11為高位管 腳，其高位管腳11接到微控制器104內(nèi)置計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端(管腳43);所述外接計(jì)數(shù) 器Ull的管腳1接微控制器104的管腳36，管腳3、4、5、6、8接到數(shù)字地；高頻信號(hào)發(fā)生器 Q3管腳4連接低位計(jì)數(shù)器Ull的電源端(管腳16)，并經(jīng)一電容C26接到數(shù)字地；其管腳2 接到數(shù)字地； 所述輸出單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U13和運(yùn)放芯片U3，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U13設(shè)有 輸入端(管腳7)、反饋端(管腳3)和輸出端(管腳4)，其型號(hào)為DAC8560，所述運(yùn)放芯片 U3設(shè)有同向輸入端(管腳3)、反向輸入端(管腳2)和輸出端(管腳6)，其型號(hào)為0P07，所 述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片U13的輸入端(管腳7)連接微控制器104的數(shù)據(jù)輸出端(管腳3)，其輸出 端(管腳4)和反饋端(管腳3)相互連接，并經(jīng)一電阻R1接到運(yùn)放芯片U3的同向輸入端 (管腳3);其管腳6接微控制器104的管腳4，管腳5接微控制器104的管腳5，管腳2經(jīng)一 電容C32接到模擬地，管腳1連接+3. 5V電源，并經(jīng)一電解電容C31耦合到模擬地，管腳8 接到模擬地； 所述運(yùn)放芯片U3的反向輸入端(管腳2)經(jīng)一電阻R2接到模擬地，并經(jīng)一用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電位器W1接到其輸出端(管腳6);其管腳4連接-12V電源，并經(jīng)一電 容C5接到模擬地，其管腳7連接+15V電源，并經(jīng)一電容C6接到模擬地；
微控制器104的管腳8和管腳9之間接有一晶振Ql，其管腳53和管腳52之間接 有一晶振Q2，晶振Q2的一端經(jīng)一電容C28接到數(shù)字地，另一端經(jīng)一電容C29接到數(shù)字地； 微控制器104的管腳58經(jīng)一電阻R12連接+3. 5V電源，并經(jīng)一電容C30接數(shù)字地；其管腳 1、64連接+3. 5V電源，其管腳62 、63接數(shù)字地； 如圖5所示，所述電源模塊包括四個(gè)穩(wěn)壓芯片U1、U2、U14、U5，其中穩(wěn)壓芯片Ul的 型號(hào)為MC7805，穩(wěn)壓芯片U2的型號(hào)為MC7815，穩(wěn)壓芯片U14是型號(hào)為L(zhǎng)M317的可調(diào)穩(wěn)壓芯 片，穩(wěn)壓芯片U5是型號(hào)為MC33063的反向穩(wěn)壓芯片； 穩(wěn)壓芯片Ul的電源輸入端(管腳1)連接穩(wěn)壓芯片U2的供電輸出端(管腳3)，并 經(jīng)一電解電容C1連接到模擬地，其地端(管腳2)接模擬地，其供電輸出端(管腳3)輸出 +5V電源，并經(jīng)兩個(gè)電解電容C2、 C3耦合接模擬地； 穩(wěn)壓芯片U2的電源輸入端(管腳l)連接24V外接電源，其地端(管腳2)接模擬 地，其供電輸出端(管腳3)輸出+15V電源，并經(jīng)一電解電容C4耦合接模擬地；
穩(wěn)壓芯片U5的電源輸入端(管腳6)接+5V電源，并經(jīng)一去耦電容C13接模擬地， 其管腳中的1、8、7三個(gè)管腳相連，而且其管腳中的7、6兩個(gè)管腳之間接有一電阻R3，其管 腳2經(jīng)一電感Ll接模擬地，并接至一穩(wěn)壓二極管D5的負(fù)端，該穩(wěn)壓二極管D5的正端接至 穩(wěn)壓芯片U5的管腳4，并經(jīng)一電容Cll接模擬地，穩(wěn)壓芯片U5的管腳中的4、3兩個(gè)管腳之 間接有一電容C12，穩(wěn)壓芯片U5的管腳中的4、5兩個(gè)管腳之間接有一電阻R4 ;穩(wěn)壓芯片U5 的管腳5經(jīng)一電阻R5接模擬地，其管腳4經(jīng)一電感L2輸出-12V電源，而且其-12V供電輸 出端與模擬地之間接有一電解電容C14 ; 穩(wěn)壓芯片U14的電源輸入端(管腳1)連接24V外接電源，并經(jīng)電容C33接到數(shù)字 地，其調(diào)節(jié)端(管腳3)經(jīng)一電阻R13接到數(shù)字地，并經(jīng)一電阻R14連接其供電輸出端(管 腳2)，其供電輸出端(管腳2)輸出+3. 5V電源，并經(jīng)一電容C34連接到數(shù)字地；其中，電阻 R13、R14用于控制輸出電壓的大??；
如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例的工作原理如下 所述微控制器經(jīng)其脈沖信號(hào)輸出端輸出的周期窄脈沖信號(hào)110，由于該信號(hào)的高 電平僅為3. 5V，不具備大電流輸出，因此不能用于激勵(lì)波導(dǎo)絲；該信號(hào)經(jīng)推挽式功率放大 器進(jìn)行功率放大后形成激勵(lì)脈沖111加載至波導(dǎo)絲，激勵(lì)脈沖111的高電平有15V，能輸出 2A以上瞬時(shí)電流，通過(guò)調(diào)節(jié)其激勵(lì)脈沖的寬度201，可使波導(dǎo)絲產(chǎn)生最優(yōu)的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)；
所述感應(yīng)線圈輸出的感應(yīng)信號(hào)由第一級(jí)放大芯片進(jìn)行低噪聲和高放大倍數(shù)處理， 再經(jīng)第二級(jí)放大芯片放大處理后形成放大的感應(yīng)信號(hào)112，該信號(hào)由激勵(lì)脈沖感應(yīng)信號(hào) 117和回波信號(hào)118兩部份組成，其中激勵(lì)脈沖感應(yīng)信號(hào)117由激勵(lì)脈沖111經(jīng)感應(yīng)線圈感 應(yīng)產(chǎn)生，回波信號(hào)118由感應(yīng)線圈感應(yīng)永久磁鐵作用于波導(dǎo)絲后產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)產(chǎn)生， 回波信號(hào)118所處的位置即為永久磁鐵的位置，回波信號(hào)118的峰值可達(dá)到5V以上；
放大的感應(yīng)信號(hào)112隨后送至比較器進(jìn)行整形處理后得到感應(yīng)脈沖113，該信號(hào) 由激勵(lì)感應(yīng)脈沖119和回波感應(yīng)脈沖120兩部分組成，所述激勵(lì)感應(yīng)脈沖119和回波感應(yīng) 脈沖120分別對(duì)應(yīng)放大的信號(hào)112的激勵(lì)脈沖感應(yīng)信號(hào)117和回波信號(hào)118 ;由于感應(yīng)脈 沖113相對(duì)激勵(lì)脈沖111有一定的延遲，激勵(lì)脈沖111的下降沿107比感應(yīng)脈沖113中激
9勵(lì)感應(yīng)脈沖119的上升沿108更精確和穩(wěn)定，因此在感應(yīng)脈沖113中采用回波感應(yīng)脈沖120 的下降沿109來(lái)提取回波脈沖感應(yīng)120(即提取永久磁鐵的位置信息)；
由于激勵(lì)脈沖感應(yīng)信號(hào)117及激勵(lì)感應(yīng)脈沖119相對(duì)激勵(lì)脈沖111有一定的延 遲，而且激勵(lì)脈沖感應(yīng)信號(hào)117的寬度202比激勵(lì)脈沖111的脈沖寬度201大，不能直接用 激勵(lì)脈沖111來(lái)屏蔽激勵(lì)感應(yīng)脈沖119以提取回波信息(即提取永久磁鐵的位置信息)； 因此將微控制器輸出的周期窄脈沖信號(hào)110經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行延時(shí)拓寬處理后形成延 時(shí)窄脈沖114，再將延時(shí)窄脈沖114反向處理后形成的反向延時(shí)窄脈沖115與感應(yīng)脈沖113 一起送至RS觸發(fā)器；由于延時(shí)窄脈沖114及反向延時(shí)窄脈沖115的脈沖寬度203比激勵(lì)脈 沖感應(yīng)信號(hào)117的寬度202大，因此能起到屏蔽激勵(lì)感應(yīng)脈沖119的作用；RS觸發(fā)器對(duì)反 向延時(shí)窄脈沖115與感應(yīng)脈沖113進(jìn)行屏蔽處理后輸出隨永久磁鐵移動(dòng)而脈沖寬度變化的 P麗信號(hào)116 ;由于回波感應(yīng)脈沖120的下降沿109隨永久磁鐵位置變化而變化，P麗信號(hào) 116的上升沿為激勵(lì)脈沖111的上升沿107，P麗信號(hào)116的下降沿為回波感應(yīng)脈沖120的 下降沿109，因此通過(guò)外接計(jì)數(shù)器及微控制器的內(nèi)置計(jì)數(shù)器測(cè)量P麗信號(hào)116的脈沖寬度 204即可計(jì)算出永久磁鐵的位置。 本發(fā)明實(shí)施例中，所述模擬地和數(shù)字地通過(guò)磁珠相連，用于減小數(shù)字電路對(duì)傳感 器信號(hào)的影響。 本發(fā)明實(shí)施例中，也可以采用其它外接高頻計(jì)數(shù)器來(lái)替代微控制器的內(nèi)置計(jì)數(shù) 器。 本發(fā)明實(shí)施例的信號(hào)檢測(cè)電路也可用于磁致伸縮液位傳感器及其它電磁式傳感 器。
10
權(quán)利要求
一種用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路，所述磁致伸縮位移傳感器包括永久磁鐵，其特征在于，該電路包括輸出單元，用于輸出永久磁鐵的位置信息；微控制器，設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端、數(shù)據(jù)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，用于計(jì)算永久磁鐵的位置，并通過(guò)其數(shù)據(jù)輸出端連接并輸出計(jì)算結(jié)果至輸出單元；信號(hào)激勵(lì)脈沖單元，包括推挽式功率放大器和波導(dǎo)絲；所述微控制器經(jīng)其脈沖信號(hào)輸出端、推挽式功率放大器連接并輸出周期窄脈沖信號(hào)至波導(dǎo)絲的兩端，使波導(dǎo)絲在所述永久磁鐵的位置產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)波信號(hào)；信號(hào)放大及處理單元，包括用于拾取波導(dǎo)絲的扭轉(zhuǎn)波信號(hào)的感應(yīng)線圈、放大整形器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和RS觸發(fā)器；所述RS觸發(fā)器設(shè)有信號(hào)輸出端、第一輸入端和第二輸入端；所述感應(yīng)線圈感應(yīng)連接波導(dǎo)絲，其兩端經(jīng)放大整形器連接并輸出感應(yīng)信號(hào)至RS觸發(fā)器的第一輸入端；所述微控制器經(jīng)其脈沖信號(hào)輸出端、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器連接并輸出經(jīng)延時(shí)處理的周期窄脈沖信號(hào)至RS觸發(fā)器的第二輸入端；時(shí)間測(cè)量單元，包括用于產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)的高頻信號(hào)發(fā)生器和外接計(jì)數(shù)器，所述高頻信號(hào)發(fā)生器連接并輸出高頻脈沖信號(hào)至外接計(jì)數(shù)器，所述RS觸發(fā)器經(jīng)其信號(hào)輸出端連接并控制外接計(jì)數(shù)器對(duì)高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述外接計(jì)數(shù)器連接并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果至微控制器的數(shù)據(jù)輸入端；電源模塊，連接各單元，用于向各單元供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)檢測(cè)電路，其特征在于，所述微控制器設(shè)有控制信號(hào)輸出端，所述推挽式功率放大器設(shè)有信號(hào)輸入端、控制信號(hào)輸入端、第一信號(hào)輸出端和第二信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸入端連接微控制器的脈沖信號(hào)輸出端，其控制信號(hào)輸入端連接微控制器的控制信號(hào)輸出端，所述微控制器經(jīng)其控制信號(hào)輸出端控制推挽式功率放大器的打開(kāi)和關(guān)閉；所述波導(dǎo)絲的兩端分別為第一加載端和第二加載端，所述推挽式功率放大器的第一信號(hào)輸出端連接波導(dǎo)絲的第一加載端，其第二信號(hào)輸出端連接波導(dǎo)絲的第二加載端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)檢測(cè)電路，其特征在于，所述放大整形器包括第一級(jí)放大芯片、第二級(jí)放大芯片和比較器；所述第一級(jí)放大芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端、兩個(gè)增益控制端和信號(hào)輸出端，所述第二級(jí)放大芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端和信號(hào)輸出端，所述比較器設(shè)有同向輸入端、反向輸入端和信號(hào)輸出端；所述第一級(jí)放大芯片的同向輸入端和反向輸入端分別連接感應(yīng)線圈的兩端，而且其同向輸入端和反向輸入端之間接有由一個(gè)電容及兩個(gè)二極管并接而成的濾波回路，用于輸入信號(hào)濾波和輸入保護(hù)；第一級(jí)放大芯片的兩個(gè)增益控制端之間接有一個(gè)用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電位器，其信號(hào)輸出端經(jīng)一電阻接至第二級(jí)放大芯片的同向輸入端；所述第二級(jí)放大芯片的反向輸入端經(jīng)一用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電阻連接其信號(hào)輸出端，其信號(hào)輸出端經(jīng)一電阻接至比較器的同向輸入端；所述比較器的反向輸入端連接正電源，并經(jīng)一穩(wěn)壓管接到模擬地；其信號(hào)輸出端經(jīng)一上拉電阻連接正電源，并接至RS觸發(fā)器的第一輸入端；所述單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器設(shè)有輸入端、輸出端和兩個(gè)延時(shí)控制端，其輸入端連接微控制器的脈沖信號(hào)輸出端，其輸出端接至RS觸發(fā)器的第二輸入端，兩個(gè)延時(shí)控制端之間接有一電容，而且其中一個(gè)延時(shí)控制端經(jīng)一電阻連接正電源，用于控制和調(diào)節(jié)延遲時(shí)間的長(zhǎng)短。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號(hào)檢測(cè)電路，其特征在于，所述微控制器設(shè)有內(nèi)置計(jì)數(shù)器，并設(shè)有連接其內(nèi)置計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端；所述外接計(jì)數(shù)器設(shè)有第一控制端、第二控制端、時(shí)鐘輸入端、輸出端、預(yù)制數(shù)端和電源端；其第一控制端連接所述RS觸發(fā)器的信號(hào)輸出端，其時(shí)鐘輸入端連接高頻信號(hào)發(fā)生器，其第二控制端、預(yù)制數(shù)端和電源端相互連接，并經(jīng)一電容耦合到數(shù)字地；所述電源模塊輸出至少兩種電壓規(guī)格的電源，其中兩種電壓規(guī)格的電源各經(jīng)一 電源選擇電阻連接外接計(jì)數(shù)器的電源端；所述外接計(jì)數(shù)器的輸出端接到微控制器的數(shù)據(jù)輸入端，其輸出端有四個(gè)輸出管腳，其中三個(gè)為低位管腳，另一個(gè)為高位管腳，其高位管腳接到微控制器內(nèi)置計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端；所述輸出單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片和運(yùn)放芯片，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片設(shè)有輸入端、反饋端和輸出端，所述運(yùn)放芯片設(shè)有同向輸入端、反向輸入端和輸出端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的輸入端連接微控制器的數(shù)據(jù)輸出端，其輸出端和反饋端相互連接，并經(jīng)一電阻接到運(yùn)放芯片的同向輸入端；所述運(yùn)放芯片的反向輸入端經(jīng)一電阻接到模擬地，并經(jīng)一用于控制和調(diào)節(jié)其增益的電位器接到其輸出端。
全文摘要
一種用于磁致伸縮位移傳感器的信號(hào)檢測(cè)電路，涉及信號(hào)檢測(cè)電路技術(shù)領(lǐng)域，所解決的是現(xiàn)有技術(shù)穩(wěn)定性差、檢測(cè)精度低及抗干擾能力差的技術(shù)問(wèn)題。該電路包括輸出單元、微控制器信號(hào)激勵(lì)脈沖單元、信號(hào)放大及處理單元、時(shí)間測(cè)量單元和電源模塊；所述信號(hào)激勵(lì)脈沖單元包括推挽式功率放大器和波導(dǎo)絲，所述微控制器經(jīng)推挽式功率放大器連接并輸出周期窄脈沖信號(hào)至波導(dǎo)絲的兩端；所述信號(hào)放大及處理單元包括感應(yīng)線圈、放大整形器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和RS觸發(fā)器；所述感應(yīng)線圈感應(yīng)連接波導(dǎo)絲，其兩端經(jīng)放大整形器連接并輸出感應(yīng)信號(hào)至RS觸發(fā)器，所述時(shí)間測(cè)量單元包括高頻信號(hào)發(fā)生器和外接計(jì)數(shù)器。本發(fā)明提供的電路，穩(wěn)定性好、檢測(cè)精度高、抗干擾能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01B7/02GK101788258SQ201010117450
公開(kāi)日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者劉偉文, 張磊, 趙輝, 陶衛(wèi) 申請(qǐng)人:上海雷尼威爾測(cè)量技術(shù)有限公司