專(zhuān)利名稱(chēng)：一種Fe₈₃Ga₁₇磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移傳感器信號(hào)接收電路，特別涉及一種磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路。
背景技術(shù)：
磁致伸縮位移傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，它具有測(cè)量精度高、使用壽命長(zhǎng)、耐腐蝕、耐塵、耐壓、耐高溫、耐高振蕩等一系列特點(diǎn)，已在行程測(cè)量和位移測(cè)量中得到了愈來(lái)愈多的應(yīng)用。磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮特性材料的Wiedemann效應(yīng)、Viuary效應(yīng)及超聲效應(yīng)，將位置信息轉(zhuǎn)換成最易測(cè)量的并且精度高的時(shí)間量，從而實(shí)現(xiàn)物體位置的高精度計(jì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)有位移傳感器信號(hào)接收電路，通常的位移傳感器信號(hào)接收電路包括回波信號(hào)接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路則通常采用二階濾波器電路，現(xiàn)有技術(shù)中的位移傳感器信號(hào)接收電路，通常濾波效果不能達(dá)到最理想的程度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)使信號(hào)保持較低的衰減程度和達(dá)到理想的濾波效果是較為困難的。具體來(lái)講，根據(jù)磁致伸縮位移傳感器激發(fā)出電流脈沖信號(hào)的頻率以及所使用的波導(dǎo)絲材料來(lái)設(shè)計(jì)濾波單元電路，經(jīng)過(guò)對(duì)回波信號(hào)頻率測(cè)量分析，確定回波信號(hào)的中心頻率。NE5532是高性能低噪聲雙運(yùn)算放大器集成電路，與很多標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)放相似，但它具有更好的噪聲性能。使用NE5532設(shè)計(jì)制作的二階巴特沃斯低通濾波器對(duì)回波信號(hào)的濾波效果如圖1所示，可以看到，回波信號(hào)噪聲在一定程度上得到了有效地抑制，信號(hào)更加清晰并且易于辨認(rèn)。但是，仍然有少許雜波存在，并且有些地方存在磁滯現(xiàn)象和剩磁現(xiàn)象，使波形并不平整，仍然存在優(yōu)化和改善的余地。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路。以使信號(hào)保持較低的衰減程度并達(dá)到理想的濾波效果，為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，包括:回波信號(hào)接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路為采用級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號(hào)接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；
所述回波信號(hào)接收放大模塊用于將微弱的回波信號(hào)接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對(duì)信號(hào)濾波；
回波信號(hào)通過(guò)所述回波信號(hào)接收放大模塊進(jìn)行接收并放大進(jìn)而發(fā)送給4階帶通濾波器對(duì)信號(hào)濾波以消除雜波，最后用DSP對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采樣處理最后計(jì)算得出距離。濾波是磁致伸縮位移傳感器實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的關(guān)鍵因素。濾波器作為現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，合理的濾波器設(shè)計(jì)不僅可以濾除信號(hào)中混入的雜波和噪聲，提高信號(hào)的信噪比，而且也使信號(hào)的放大效果得到改善，使接收到的回波信號(hào)更加易于分辨和檢測(cè)，可以大大提高傳感器的靈敏度、精確度以及測(cè)量距離。本發(fā)明采用4階帶通濾波器，主要為了在既保證信號(hào)不會(huì)發(fā)生明顯地衰減的情況下又清楚回波信號(hào)中的雜波，相比2階帶通濾波器，回波信號(hào)未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，并且清除了回波信號(hào)中的雜波。所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行整形以使回波信號(hào)變成TTL電平信號(hào)。所述回波信號(hào)接收放大模塊為回波信號(hào)接收差分放大模塊?；夭ㄐ盘?hào)接收放大模塊選擇差分放大方式，具有抗干擾能力強(qiáng)、增大電壓擺幅，高線(xiàn)性的優(yōu)點(diǎn)。所述4階帶通濾波器采用MAX275。MAX275是美國(guó)MAXM公司生產(chǎn)的通用型有源濾波器。它內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的二階有源濾波電路，可分別同時(shí)進(jìn)行低通和帶通濾波，也可通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階有源濾波，中心頻率/截止頻率可達(dá)300kHz。運(yùn)用MAX275可實(shí)現(xiàn)Butt erworth, Besssel和Chebyshev三種特性的濾波電路。總的諧波失真(THD)優(yōu)于典型的-86分貝，電源可以由+5 V單電源或±5 V雙電源提供。為獲得阻帶內(nèi)的最大衰減，提高Q值，采用四階濾波器設(shè)計(jì)，可通過(guò)將MAX275內(nèi)部的兩個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。波導(dǎo)絲是由磁性材料制成的，磁性材料在磁場(chǎng)中會(huì)被磁化，繼而出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象，即施于材料的磁場(chǎng)可引起材料極化強(qiáng)度改變或電場(chǎng)可引起材料磁化強(qiáng)度變化的現(xiàn)象。而磁致伸縮位移傳感器的活動(dòng)位置磁鐵內(nèi)部是一塊永磁鐵，只要是位置磁鐵經(jīng)過(guò)的地方，波導(dǎo)絲就可能被磁化，磁化處就存在一磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)和位置磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相比是很弱的。所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調(diào)節(jié)濾波器的品質(zhì)因數(shù)，Rl和R3用于配合設(shè)置濾波器的放大倍數(shù)，R4用于與R2配合設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率。經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后的信號(hào)通過(guò)Rl接入帶通濾波器的信號(hào)輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號(hào)輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號(hào)輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接。R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2以設(shè)定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率(即是回波信號(hào)的頻率)之外的雜波濾掉，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Rl和R3，可以使信號(hào)在濾波過(guò)程中產(chǎn)生的衰減得到補(bǔ)償，并且一定程度上消除Fe83Ga17產(chǎn)生的剩磁現(xiàn)象。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
1、選擇通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)的四階帶通濾波器作為電路的濾波單元，結(jié)果表明，有效地抑制了回波信號(hào)中的噪聲和干擾，在一定程度上有效減弱了剩磁現(xiàn)象對(duì)回波信號(hào)產(chǎn)生的干擾，通過(guò)與普通低通濾波器的濾波效果相比較，體現(xiàn)出了四階帶通濾波器在磁致伸縮位移傳感器回波信號(hào)濾波上的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了磁致伸縮位移傳感器電路信號(hào)濾波上的高效、低噪、減弱剩磁現(xiàn)象干擾的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為二階巴特沃斯低通濾波效果圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明4階帶通濾波器的電路圖4是采用4階帶通濾波器濾波后的效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合試驗(yàn)例及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1
一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接 收電路，包括:回波信號(hào)接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路為采用級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號(hào)接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；
所述回波信號(hào)接收放大模塊用于將微弱的回波信號(hào)接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對(duì)信號(hào)濾波；
回波信號(hào)通過(guò)所述回波信號(hào)接收放大模塊進(jìn)行接收并放大進(jìn)而發(fā)送給4階帶通濾波器對(duì)信號(hào)濾波以消除雜波，最后用DSP對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采樣處理最后計(jì)算得出距離。濾波是磁致伸縮位移傳感器實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的關(guān)鍵因素。濾波器作為現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分，合理的濾波器設(shè)計(jì)不僅可以濾除信號(hào)中混入的雜波和噪聲，提高信號(hào)的信噪比，而且也使信號(hào)的放大效果得到改善，使接收到的回波信號(hào)更加易于分辨和檢測(cè)，可以大大提高傳感器的靈敏度、精確度以及測(cè)量距離。本發(fā)明采用4階帶通濾波器，主要為了在既保證信號(hào)不會(huì)發(fā)生明顯地衰減的情況下又清楚回波信號(hào)中的雜波，相比2階帶通濾波器，回波信號(hào)未出現(xiàn)明顯的衰減現(xiàn)象，并且清除了回波信號(hào)中的雜波。所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行整形以使回波信號(hào)變成TTL電平信號(hào)。所述回波信號(hào)接收放大模塊為回波信號(hào)接收差分放大模塊。回波信號(hào)接收放大模塊選擇差分放大方式，具有抗干擾能力強(qiáng)、增大電壓擺幅，高線(xiàn)性的優(yōu)點(diǎn)。所述4階帶通濾波器采用MAX275。MAX275是美國(guó)MAXM公司生產(chǎn)的通用型有源濾波器。它內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的二階有源濾波電路，可分別同時(shí)進(jìn)行低通和帶通濾波，也可通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階有源濾波，中心頻率/截止頻率可達(dá)300kHz。運(yùn)用MAX275可實(shí)現(xiàn)Butt erworth, Besssel和Chebyshev三種特性的濾波電路?？偟闹C波失真(THD)優(yōu)于典型的-86分貝，電源可以由+5 V單電源或±5 V雙電源提供。
可以看出，回波信號(hào)經(jīng)過(guò)MAX275濾波放大后，使波形更加整潔并且易于后期DSP采樣處理，有效地抑制了周?chē)h(huán)境因素和信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，在一定程度上減少了剩磁現(xiàn)象對(duì)波形的干擾，相比于巴特沃斯二階低通濾波器提高了系統(tǒng)的信噪比，從而也便于后期信號(hào)的采集和數(shù)字化處理。波導(dǎo)絲是由磁性材料制成的，磁性材料在磁場(chǎng)中會(huì)被磁化，繼而出現(xiàn)剩磁現(xiàn)象，即施于材料的磁場(chǎng)可引起材料極化強(qiáng)度改變或電場(chǎng)可引起材料磁化強(qiáng)度變化的現(xiàn)象。而磁致伸縮位移傳感器的活動(dòng)位置磁鐵內(nèi)部是一塊永磁鐵，只要是位置磁鐵經(jīng)過(guò)的地方，波導(dǎo)絲就可能被磁化，磁化處就存在一磁場(chǎng)，但是這個(gè)磁場(chǎng)和位置磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相比是很弱的。選擇MAX275通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)四階帶通濾波器作為電路的濾波單元，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MAX275有效地抑制了回波信號(hào)中的噪聲和干擾，在一定程度上有效減弱了剩磁現(xiàn)象對(duì)回波信號(hào)產(chǎn)生的干擾，通過(guò)與普通低通濾波器的濾波效果相比較，體現(xiàn)出了 MAX275在磁致伸縮位移傳感器回波信號(hào)濾波上的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了 MAX275在磁致伸縮位移傳感器電路信號(hào)濾波上的聞效、低噪、減弱剩磁現(xiàn)象干擾等優(yōu)點(diǎn)。為獲得阻帶內(nèi)的最大衰減，提高Q值，采用四階濾波器設(shè)計(jì)，可通過(guò)將MAX275內(nèi)部的兩個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調(diào)節(jié)濾波器的品質(zhì)因數(shù)，Rl和R3用于配合設(shè)置濾波器的放大倍數(shù)，R4用于與R2配合設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率。經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后的信號(hào)通過(guò)Rl接入帶通濾波器的信號(hào)輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號(hào)輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號(hào)輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接。R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接。通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2以設(shè)定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率(即是回波信號(hào)的頻率)之外的雜波濾掉，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Rl和R3，可以使信號(hào)在濾波過(guò)程中產(chǎn)生的衰減得到補(bǔ)償，并且一定程度上消除Fe83Ga17產(chǎn)生的剩磁現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，包括:回波信號(hào)接收放大電路和濾波器電路，其特征在于，所述濾波器電路為采用級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號(hào)接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接； 所述回波信號(hào)接收放大模塊用于將微弱的回波信號(hào)接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對(duì)信號(hào)濾波； 回波信號(hào)通過(guò)所述回波信號(hào)接收放大模塊進(jìn)行接收并放大進(jìn)而發(fā)送給4階帶通濾波器對(duì)信號(hào)濾波以消除雜波，最后用DSP對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采樣處理最后計(jì)算得出距離。
2.如權(quán)利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，其特征在于，所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行整形以使回波信號(hào)變成TTL電平信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，其特征在于，所述回波信號(hào)接收放大模塊為回波信號(hào)接收差分放大模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，其特征在于，所述4階帶通濾波器采用MAX275。
5.如權(quán)利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，其特征在于，所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調(diào)節(jié)濾波器的品質(zhì)因數(shù)，Rl和R3用于配合設(shè)置濾波器的放大倍數(shù)，R4用于與R2配合設(shè)置4階帶通濾波器電路的中心頻率， 經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后的信號(hào)通過(guò)Rl接入帶通濾波器的信號(hào)輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號(hào)輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號(hào)輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接， R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接， 通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R2以設(shè)定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率之外的雜波濾掉，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻Rl和R3以使信號(hào)在濾波過(guò)程中產(chǎn)生的衰減得到補(bǔ)償并且一定程度上消除Fe83Ga17材料產(chǎn)生的剩磁現(xiàn)象。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路。一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，包括回波信號(hào)接收放大電路和采用級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號(hào)接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；所述回波信號(hào)接收放大模塊用于將微弱的回波信號(hào)接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對(duì)信號(hào)濾波；回波信號(hào)通過(guò)所述回波信號(hào)接收放大模塊進(jìn)行接收并放大進(jìn)而發(fā)送給4階帶通濾波器對(duì)信號(hào)濾波以消除雜波，最后用DSP對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采樣處理最后計(jì)算得出距離。本發(fā)明公開(kāi)了一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號(hào)接收電路，可有效地清除雜波。
文檔編號(hào)G01B7/02GK103206913SQ20131014499
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者周新志, 馮希辰, 吳雋熙 申請(qǐng)人:四川大學(xué)