一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：1)由脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊觸發(fā)產(chǎn)生周期性的激勵始發(fā)脈沖送至磁致伸縮位移傳感器波導(dǎo)絲輸入端，2)脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊采集激勵信號發(fā)生時刻記錄為t1，信號從測量位置到達(dá)線圈的時刻記錄為t2，信號經(jīng)過波導(dǎo)絲始端返回到線圈的時刻記錄為t3；3)結(jié)合信號到達(dá)線圈各個時刻及根據(jù)數(shù)學(xué)原理推理可得所測位移大小為：本發(fā)明利用扭轉(zhuǎn)波傳播速度和系統(tǒng)自身時鐘頻率發(fā)生變化時，誤差量通過上述計算式相互抵消，保證了測量的精度，且本發(fā)明有針對性濾除雜波信號，將特定的噪聲信號加以提取利用，巧妙地避免了降噪效果不佳帶來的誤差問題。
【專利說明】一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)，具體是涉及一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮材料的威德曼（Wiedeman)效應(yīng)和威拉里 (Villary)效應(yīng)來實現(xiàn)絕對位移測量的非接觸測量器，具有非接觸、精度高、速度快、防護(hù)等 級高、成本低等卓越特性，被廣泛應(yīng)用于機械、建筑、機床等行業(yè)。
[0003] 對于磁致伸縮位移傳感器位移測量的研究，主要集中在對扭轉(zhuǎn)波到達(dá)時刻的提取 以及如何降低系統(tǒng)中干擾信號方面。扭轉(zhuǎn)波傳播在2800m/s左右，根據(jù)磁致伸縮位移傳感 器的測量原理，這就要求當(dāng)扭轉(zhuǎn)波按已知的速度到達(dá)線圈時，處理器能夠立即響應(yīng)，獲取信 號到達(dá)時刻。同時，在系統(tǒng)中噪聲干擾信號也伴隨存在，影響處理器做出獲取信號到達(dá)時刻 的判斷。要獲得較純凈的扭轉(zhuǎn)波信號，也要保證扭轉(zhuǎn)波的傳播速度不受外界影響，必然對抑 制和去除干擾信號提出了更高的要求。
[0004] 目前計算位移所采用的公式為X = vxt中，X表示所測位移，V表示扭轉(zhuǎn)波在波 導(dǎo)絲上傳播的速度，t表示扭轉(zhuǎn)波在波導(dǎo)絲上傳播的時間。目前單片機的時鐘振蕩頻率會 因長時間工作等外部因素產(chǎn)生漂移現(xiàn)象。按現(xiàn)有的方法測量，測量相同的位移，根據(jù)公式X =vXt，在一個測量周期內(nèi)默認(rèn)頻率不發(fā)生變化，若實際頻率偏高，時鐘計數(shù)值偏大，時間 與速度乘積偏大，導(dǎo)致X值偏大，誤差產(chǎn)生。而當(dāng)測量系統(tǒng)受外界溫度變化影響，波導(dǎo)絲老 化，會造成扭轉(zhuǎn)波傳播速度漂移現(xiàn)象。按現(xiàn)有的方法測量，當(dāng)測量定長時，X = VX t，當(dāng)實際 速度減小，測量時間變大，而系統(tǒng)默認(rèn)的速度未變，則導(dǎo)致速度與時間的乘積變大，導(dǎo)致測 量結(jié)果偏大，產(chǎn)生偏差。
[0005] 申請?zhí)枮?01010117461. 9的專利申請公開了"低噪聲磁致伸縮位移傳感器"。該 發(fā)明提出了一種差動式線圈結(jié)構(gòu)接入電路進(jìn)行降噪的思想，外加屏蔽器、阻尼器件，降噪效 果明顯，提高了檢測精度。但該發(fā)明結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝精細(xì)，且在外設(shè)的屏蔽器、阻尼器安裝效 果不佳、外界時鐘頻率發(fā)生變化或波導(dǎo)絲材質(zhì)發(fā)生變化引起扭轉(zhuǎn)波速度發(fā)生變化時，同樣 會影響測量精度。
[0006] 申請?zhí)枮?01010117458. 7的專利申請公開了"雙絲差動型磁致伸縮位移傳感 器"。該發(fā)明提供了兩組信號發(fā)生組件拾取磁鐵組件的位置信息，由于兩個感應(yīng)線圈反向串 聯(lián)構(gòu)成差動形式，兩組信號發(fā)生組件中的噪聲信號是相同的，總的輸出信號中干擾與噪聲 會顯著降低，提高了檢測精度。但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝繁瑣，成本較大，且波導(dǎo)絲中只要有 一根出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致降低干擾與噪聲的效果不佳，從而影響測量精度。而且在外界時鐘 頻率發(fā)生變化或波導(dǎo)絲材質(zhì)發(fā)生變化引起扭轉(zhuǎn)波速度發(fā)生變化時，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生，同樣會 影響測量精度。
[0007] 由此可見，上述現(xiàn)有的磁致伸縮位移傳感器位移測量方法，顯然仍存有不便與缺 陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種將扭轉(zhuǎn)波返回信號充分利用，減 少了復(fù)雜的降噪濾波系統(tǒng)，從而簡化了系統(tǒng)，節(jié)約了成本，提高了計算精度的磁致伸縮傳感 器的時差比例位移測量方法。
[0009] 為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0010] 一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在于：所述方法包括以下 步驟：
[0011] 1)、由脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊觸發(fā)產(chǎn)生周期性的激勵始發(fā)脈沖送至磁致伸縮位 移傳感器波導(dǎo)絲輸入端，磁致伸縮位移傳感器輸出端輸出電壓脈沖信號經(jīng)信號處理模塊傳 輸至單片機進(jìn)行處理；
[0012] 2)、脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊采集激勵信號發(fā)生時刻記錄為，信號從測量位置 到達(dá)線圈的時刻記錄為t 2，信號經(jīng)過波導(dǎo)絲始端返回到線圈的時刻記錄為t3 ;
[0013] 3)、由于在制作傳感器時，激勵信號始端和感應(yīng)線圈之間的距離固定為L，結(jié)合信 號到達(dá)線圈各個時刻及根據(jù)數(shù)學(xué)原理推理可得所測位移大小為：
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在于：所述方法包括以下步 驟： 1) 、由脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊觸發(fā)產(chǎn)生周期性的激勵始發(fā)脈沖送至磁致伸縮位移傳 感器波導(dǎo)絲輸入端，磁致伸縮位移傳感器輸出端輸出電壓脈沖信號經(jīng)信號處理模塊傳輸至 單片機進(jìn)行處理； 2) 、脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊采集激勵信號發(fā)生時刻記錄為，信號從測量位置到達(dá) 線圈的時刻記錄為t2，信號經(jīng)過波導(dǎo)絲始端返回到線圈的時刻記錄為t 3; 3) 、由于在制作傳感器時，激勵信號始端和感應(yīng)線圈之間的距離固定為L，結(jié)合信號到 達(dá)線圈各個時刻及根據(jù)數(shù)學(xué)原理推理可得所測位移大小為：
其中X表示所測位移； 4) 、將2)式中的時間數(shù)據(jù)量依據(jù)上述所給公式計算得出最終測量位移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在 于：所述脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊包括單片機、三極管射極跟隨緩沖電路和N溝道增強型 MOSFET管，所述單片機經(jīng)過三極管射極跟隨緩沖電路將脈沖信號進(jìn)行放大再通過N溝道增 強型MOSFET管送至磁致伸縮位移傳感器輸入端波導(dǎo)絲輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在 于：所述信號處理模塊包括信號放大電路、低通濾波電路和帶阻濾波電路，所述信號放大電 路集成了第一級放大電路和第二級放大電路，所述磁致伸縮位移傳感輸送的電壓信號經(jīng)第 一級放大電路放大，所述第一級放大電路的輸出信號經(jīng)過低通濾波電路濾掉高頻部分的信 號，所述低頻信號再經(jīng)過帶阻濾波電路濾除固有頻率干擾，然后信號再通過第二級放大電 路放大再輸送給脈沖信號產(chǎn)生與接收模塊的單片機進(jìn)行處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在 于：所述單片機還與晶振電路連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在 于：所述單片機采用MSP430F5172芯片，供電電壓為3. 3V電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種磁致伸縮傳感器的時差比例位移測量方法，其特征在 于：所述信號放大電路采用0PA2899放大芯片。
【文檔編號】G01B7/02GK104154851SQ201410401336
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】陸曉春, 楊欣紅, 黃皎, 馬季, 邱春毓, 尹濤 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)