高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次連接的扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路、MCU、波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路、與MCU相互通信的精密時(shí)間檢測(cè)電路、工業(yè)變送信號(hào)4—20mA輸出電路及RS232接口電路、為各模塊供電的電源電路，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路與波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路的輸出端均與精密時(shí)間檢測(cè)電路相連，其中，MCU為ARM Cortex—M0系列單片機(jī)，精密時(shí)間檢測(cè)電路采用高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2。本發(fā)明采用以ARM Cortex—M0系列單片機(jī)及高集成度高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2為核心的磁致伸縮位移傳感器時(shí)間檢測(cè)方案，在成本不高的前提下大大提高時(shí)間檢測(cè)的分辨率，進(jìn)而提高了位移檢測(cè)的分辨率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及磁致伸縮位移傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮效應(yīng)研制的傳感器，主要由電流脈沖激勵(lì)電路，波導(dǎo)絲、彈性扭轉(zhuǎn)波信號(hào)接收電路和計(jì)時(shí)電路等部分組成。電流脈沖激勵(lì)電路向波導(dǎo)絲施加一個(gè)電流窄脈沖，該電流脈沖沿磁致伸縮波導(dǎo)絲向其另一端傳播。此電流脈沖將產(chǎn)生一個(gè)環(huán)繞波導(dǎo)絲的環(huán)向磁場(chǎng)，同時(shí)在波導(dǎo)絲的外部環(huán)形永久磁鐵(一般與待測(cè)物體固連)產(chǎn)生一個(gè)沿波導(dǎo)絲軸向的穩(wěn)恒磁場(chǎng)，當(dāng)環(huán)向磁場(chǎng)遇到軸向穩(wěn)恒磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生疊加并形成一個(gè)螺旋形的合成磁場(chǎng)，根據(jù)磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)，在合成磁場(chǎng)的作用下，將使磁致伸縮波導(dǎo)絲產(chǎn)生瞬時(shí)局部扭轉(zhuǎn)變形，從而形成彈性扭轉(zhuǎn)波，該超聲波以恒定的速度(一般為 2000—3000m/s)向兩邊傳輸，同時(shí)，在信號(hào)檢測(cè)線圈端，可以檢測(cè)出彈性扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)， 通過(guò)測(cè)量電流脈沖激勵(lì)信號(hào)和扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)的時(shí)間差，可以測(cè)量出永久性磁鐵的距離， 從而實(shí)現(xiàn)位移的檢測(cè)。
[0003]磁致伸縮位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)非接觸、絕對(duì)式測(cè)量，具有高精度、量程范圍廣等特點(diǎn)，特別是由于磁鐵和傳感器并無(wú)直接接觸，因此傳感器可應(yīng)用在惡劣的工業(yè)環(huán)境，如易燃、易爆、易揮發(fā)、有腐蝕的場(chǎng)合。此外，傳感器能承受高溫高壓和高振蕩的環(huán)境，輸出信號(hào)為絕對(duì)數(shù)值，所以即使電源中斷重接也不會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)成問(wèn)題，更無(wú)需重新調(diào)整零位。由于傳感器組件都是非接觸的，所以即使測(cè)量過(guò)程是不斷重復(fù)的，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損。由于磁致伸縮傳感器具有以上諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、石油、制藥、 食品、艦船、飛機(jī)等各種領(lǐng)域。
[0004]近年來(lái)，國(guó)外磁致伸縮位移傳感器性能有很大的提高，一些國(guó)外的此類(lèi)傳感器的位移分辨率可達(dá)lum，非線性度小于滿量程的±0.01 %。國(guó)內(nèi)某些科研單位和企業(yè)對(duì)該類(lèi)傳感器的研制也進(jìn)行了積極的探索，并取得了一定的進(jìn)展，但性能相比于國(guó)外產(chǎn)品仍有一定的差距。提高磁致伸縮位移傳感器性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為驅(qū)動(dòng)信號(hào)與回波信號(hào)的時(shí)間差的精確測(cè)量，如需提高位移檢測(cè)分辨率，需要提高時(shí)間檢測(cè)的分辨率。目前國(guó)內(nèi)常用的時(shí)間差檢測(cè)方法為通過(guò)利用MCU內(nèi)部的時(shí)間/計(jì)數(shù)器，在MCU主頻一定的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電流脈沖信號(hào)與扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)的檢測(cè)，由于受MCU主頻的限制，一般的位移檢測(cè)分辨率遠(yuǎn)達(dá)不到lum。
[0005]因此亟需提供一種新型的磁致伸縮位移傳感器時(shí)間檢測(cè)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，能夠顯著提高時(shí)間檢測(cè)的分辨率。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次連接的扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路、MCU、波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路、與MCU相互通信的精密時(shí)間檢測(cè)電路、工業(yè)變送信號(hào)4 一20mA輸出電路及RS232接口電路、為各模塊供電的電源電路，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路與波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路的輸出端均與精密時(shí)間檢測(cè)電路相連，其中，MCU為ARM Cortex—MO系列單片機(jī)，精密時(shí)間檢測(cè)電路采用高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2，電源電路提供的電源電壓范圍為12—30VDC。
[0008]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，MCU采用32位的ARM Cortex—MO芯片NUCl30，其內(nèi)部資源豐富。
[0009]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，電源電路包括PffM電源控制芯片TPS5430、LD0直流穩(wěn)壓芯片U5、U6，PWM電源控制芯片TPS5430的輸入為12—30VDC，輸出為6V的直流電源，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5、U6的輸入端與PffM電源控制芯片TPS5430的輸出端并聯(lián)，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5輸出為5V的直流電源，LDO直流穩(wěn)壓芯片U6輸出為3.3 V的直流電源。所述電源電路采用高效率的PWM電源控制芯片TPS5430將范圍較大的外供直流電源首先變換為6V的直流電源，再分別由LDO直流穩(wěn)壓芯片U5、U6產(chǎn)生5V和3.3V的直流電源。
[0010]進(jìn)一步的，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5的輸出端與扭轉(zhuǎn)回波檢測(cè)電路相連，LDO直流穩(wěn)壓芯片U6的輸出端與MCU、高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2相連。
[0011 ]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路包括電阻R7、Rl 1、Rl3、Rl6、尺17、1?20、1?23、三極管01—03、]\?)3管04、波導(dǎo)絲，由1?11、01、02、03、1?13及1?16組成顯3管驅(qū)動(dòng)電路，其中Q2和Q3組成圖騰柱電路，R7的一端與MCU相連、另一端與Ql的基極相連，Ql的集電極與Rll的一端相連，Rll的另一端與Q2的集電極相連，Q2、Q3的基極與Ql的集電極并聯(lián)，Q2、Q3的發(fā)射極與R13并聯(lián)，R13的另一端與R16的一端連接，R16的另一端與Ql的發(fā)射極、Q3的集電極相連接，Q4的柵極與R13、R16并聯(lián)、源極與波導(dǎo)絲串聯(lián)、漏極與相互串聯(lián)的R17、R20、R23相連接，R23的另一端連接6V的直流電源。波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路由MCU控制產(chǎn)生激勵(lì)電流脈沖，激勵(lì)電流脈沖由圖騰柱電路實(shí)現(xiàn)對(duì)功率MOS管的驅(qū)動(dòng)，為波導(dǎo)絲提供IA左右的激勵(lì)窄電流脈沖。
[0012]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路包括差模信號(hào)電路、差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路、幅值放大電路，差模信號(hào)電路包括相互串聯(lián)的回波檢測(cè)線圈L1、L2、電阻R2、R3、R6、LM336集成電路U2，R2與LI并聯(lián)，R3與L2并聯(lián)，LI與L2串聯(lián)處與U2連接，R6的一端與5V直流電源連接、另一端與U2連接;差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路包括R5、R8—R10、C5、C6、C8、C10、(:11，1?5、1?9、(:10組成1'型網(wǎng)絡(luò)，1?8、1?10、06組成1'型網(wǎng)絡(luò)<8的一端與1?9、(:10并聯(lián)、另一端與R10、C11并聯(lián)，C5、C6、C10、C11的另一端均接地;幅值放大電路包括高速軌到軌雙運(yùn)放U3、1]4、電阻1?12、1?14、1?15、1?18、1?19、1?21、1?22、1?24—1?26，1]3包括1]34、1]38，1]4包括1]44、1]48，1]3八、1]38、1]4々與1?12、1?14、1?15、1?18、1?19、1?21、1?22組成三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的儀表放大器，1]48與1?24、1?25組成電壓比較器，U4B的輸出端連接電阻R26。扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)扭轉(zhuǎn)波的回波，采取對(duì)回波檢測(cè)線圈的差模信號(hào)放大方式，并將扭轉(zhuǎn)波回波差模信號(hào)變換為T(mén)TL電平提供給時(shí)間檢測(cè)電路。
[0013]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，工業(yè)變送信號(hào)4一20mA輸出電路及RS232接口電路還包括電平邏輯轉(zhuǎn)換電路，工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路包括4 一 20mA專(zhuān)用電流變送信號(hào)輸出芯片AD5420，電平邏輯轉(zhuǎn)換電路包括電平邏輯轉(zhuǎn)換芯片MAX3232，將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232邏輯電平。為便于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，配備了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路，RS232接口電路主要用于提供對(duì)磁致伸縮位移傳感器的標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置等功能的調(diào)試接口。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用以ARM Cortex—M0系列單片機(jī)及高集成度高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2為核心的磁致伸縮位移傳感器時(shí)間檢測(cè)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)電流脈沖和扭轉(zhuǎn)波回波彳目號(hào)之間的時(shí)間差精確測(cè)量，在成本不尚的如提下大大提尚時(shí)間檢測(cè)的分辨率，進(jìn)而提高了位移檢測(cè)的分辨率。【附圖說(shuō)明】[〇〇15]圖1是本發(fā)明高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路的原理框圖；
[0016]圖2是所述電源電路的電路圖；
[0017]圖3是所述波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路的電路圖；
[0018]圖4是所述扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路的電路圖；
[0019]圖5是所述精密時(shí)間檢測(cè)電路的電路圖；
[0020]圖6是所述工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路及RS232接口電路的電路圖?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇21]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。[〇〇22]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例包括:
[0023] —種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次連接的扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路、MCU、波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路、與MCU相互通信的精密時(shí)間檢測(cè)電路、工業(yè)變送信號(hào)4一 20mA輸出電路及RS232接口電路、為各模塊供電的電源電路，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路與波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路的輸出端均與精密時(shí)間檢測(cè)電路相連。其中，MCU為ARM Cortex—M0系列單片機(jī)，精密時(shí)間檢測(cè)電路采用高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2，電源電路提供的電源電壓范圍為 12—30VDC〇[〇〇24] 所述磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路以ARM Cortex—M0微控制器為核心，由 MCU控制波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路產(chǎn)生電流窄脈沖激勵(lì)信號(hào)，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路用于檢測(cè)扭轉(zhuǎn)波回波，將扭轉(zhuǎn)波回波差模信號(hào)放大并變換為T(mén)TL電平提供給精密時(shí)間檢測(cè)電路。精密時(shí)間檢測(cè)電路采用高分辨率的TDC—GP2計(jì)時(shí)芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)從發(fā)出激勵(lì)電流到檢測(cè)到扭轉(zhuǎn)波回波之間的時(shí)間差，再由測(cè)得的脈沖電流激勵(lì)信號(hào)和扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)之間的時(shí)間差與扭轉(zhuǎn)波在波導(dǎo)絲上的傳播速度進(jìn)行乘積得到位移量的大小。為便于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用，配備了標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路，在測(cè)得位移量大小的基礎(chǔ)上，結(jié)合位移的滿量程，由MCU控制內(nèi)置16bit DAC的高精度4一20mA專(zhuān)用芯片AD5420產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電流變送信號(hào)，RS232接口電路主要用于提供對(duì)磁致伸縮傳感器的標(biāo)定、參數(shù)設(shè)置等功能的調(diào)試接口。
[0025]下面具體描述所述磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路各模塊電路的電路結(jié)構(gòu): [〇〇26]請(qǐng)參閱圖2,磁致伸縮位移傳感器的供電電源為直流24V，實(shí)際工作時(shí)可提供12— 30VDC的電源電壓范圍，由于該供電電源電壓范圍較大，采用高效率的PWM電源控制芯片 TPS5430將外供直流電源首先變換為6V的直流電源，TPS5430的開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)500KHz，轉(zhuǎn)換效率約95%，在較小的封裝體積(S0IC—8)前提下可提供高達(dá)3A的負(fù)載電流。再分別由與其并聯(lián)的LD0直流穩(wěn)壓芯片U5、U6產(chǎn)生5V和3.3V的直流電源。圖2中的D1為防反二極管，D2為肖特基二極管，D2與L3、C33、C16等組成整流濾波電路，6V直流電源的電壓由R1、R4結(jié)合TPS5430內(nèi)部約1.25V的參考電壓獲得。U5輸出為扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路中的運(yùn)算放大器供電，U6輸出為MCU和計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2供電。
[0027]請(qǐng)參閱圖3，波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路包括電阻1?7、1?11、1?13、1?16、1?17、1?20、1?23、三極管Ql — Q3、M0S管Q4、波導(dǎo)絲，R7的一端與M⑶相連、另一端與Ql的基極相連，Ql的集電極與Rll的一端相連，Rll的另一端與Q2的集電極相連，Q2、Q3的基極與Ql的集電極并聯(lián)，Q2、Q3的發(fā)射極與R13并聯(lián)，R13的另一端與R16的一端連接，R16的另一端與Ql的發(fā)射極、Q3的集電極相連接，Q4的柵極與R13、R16并聯(lián)、源極與波導(dǎo)絲串聯(lián)、漏極與相互串聯(lián)的R17、R20、R23相連接，R23的另一端連接6V的直流電源。激勵(lì)信號(hào)START由M⑶發(fā)出，在波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路中，由1?11、01、02、03、1?13及1?16組成顯3管驅(qū)動(dòng)電路，其中02和03組成圖騰柱電路，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)MOS管的快速通斷切換。Q4為N溝道增強(qiáng)型MOS管，采用貼片TO—252封裝，可提供約1A的導(dǎo)通電流，具有快速的通斷時(shí)間，其典型值為納秒級(jí)，導(dǎo)通門(mén)檻電壓約2￥。町7、1?20、1?23為限流電阻，波導(dǎo)絲的電阻約0.3?0.5歐姆，忽略Q4的飽和壓降，實(shí)際通過(guò)波導(dǎo)絲的窄脈沖電流略小于1A。
[0028]請(qǐng)參閱圖4，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路包括差模信號(hào)電路、差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路、幅值放大電路，差模信號(hào)電路包括相互串聯(lián)的回波檢測(cè)線圈L1、L2、電阻R2、R3、R6、LM336集成電路U2，R2與LI并聯(lián)，R3與L2并聯(lián)，LI與L2串聯(lián)處與U2連接，R6的一端與5V直流電源連接、另一端與1]2連接;差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路包括1?5、1?8—1?10、05工6、08、(:10、(:11，1?5、1?9、(:10組成T型網(wǎng)絡(luò)，R8、R10、C6組成T型網(wǎng)絡(luò)，C8的一端與R9、C10并聯(lián)、另一端與R10、C11并聯(lián)，C5、C6、Cl O、Cl I的另一端均接地;幅值放大電路包括高速軌到軌雙運(yùn)放U3、U4、電阻Rl 2、R14、尺15、1?18、1?19、1?21、1?22、1?24—1?26，1]3包括1]3八、1]38，1]4包括1]4八、1]48，1]3八、1]38、1]4八與1?12、尺14、1?15、1?18、1?19、1?21、1?22組成三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的儀表放大器，1]48與1?24、1?25組成電壓比較器，U4B的輸出端連接電阻R26。為了提高抗干擾能力，扭轉(zhuǎn)回波檢測(cè)電路采取對(duì)回波檢測(cè)線圈的差模信號(hào)放大方式，LI和L2為回波檢測(cè)線圈的兩個(gè)部分，在檢測(cè)線圈的中間點(diǎn)引出一抽頭，并將中間抽頭的參考電壓固定為2.5V，此電壓由R6和U2提供，用于保證回波檢測(cè)線圈上的共模信號(hào)在2.5V左右，確保回波檢測(cè)線圈的信號(hào)在運(yùn)算放大器的有效輸入范圍內(nèi)。扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)一般在回波檢測(cè)線圈上感應(yīng)出低于1mV的差模信號(hào)，需要對(duì)之進(jìn)行放大為伏特級(jí)的信號(hào)。首先由1?5工5、1?9、(:10、1?8、06、1?10、(:11工8構(gòu)成差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路，對(duì)回波信號(hào)上的高頻干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，由U3、U4A組成的三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的儀表放大器對(duì)感應(yīng)線圈上的差模信號(hào)進(jìn)行放大，令R14 = R15，R18 = R19，R21 =R22，其放大倍數(shù)為1+2R14/R12，U4B和R24及R25構(gòu)成深度飽和的電壓比較器，閾值電壓由R24和R25決定，其輸出的極低時(shí)間延遲的脈沖信號(hào)STOP用于控制計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2的計(jì)時(shí)停止操作，由于U4B輸出的高電平約為5V，而TDC—GP2的I/O管腳設(shè)置為3.3V，采用電阻R26實(shí)現(xiàn)兩端的電平匹配。
[0029]請(qǐng)參閱圖5，M⑶采用高性能的32位ARM Cortex—MO芯片NUCl30，其內(nèi)部資源豐富。精密時(shí)間檢測(cè)電路的核心為高精度的計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2，TDC—GP2的計(jì)時(shí)時(shí)間分辨率可達(dá)50ps，可實(shí)現(xiàn)500ns——4ms范圍內(nèi)的計(jì)時(shí)。TDC—GP2的開(kāi)始計(jì)時(shí)由MCU發(fā)出的窄脈沖電流激勵(lì)信號(hào)START控制，結(jié)束計(jì)時(shí)由扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)檢測(cè)電路的輸出信號(hào)STOP控制。當(dāng)TDC—GP2結(jié)束計(jì)時(shí)時(shí)，發(fā)出信號(hào)ΛΝΤ，并將此信號(hào)和MCU的外部中斷引腳PB15/INT1連接，MCU響應(yīng)該中斷，并通過(guò)M⑶和TDC—GP2的雙向SPI接口將開(kāi)始計(jì)時(shí)和結(jié)束計(jì)時(shí)之間的時(shí)間讀出，由于激勵(lì)電流脈沖控制信號(hào)START在波導(dǎo)絲上的傳播速度約為光速，可忽略此傳播時(shí)間，從而可得到扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)的傳輸時(shí)間。
[0030] 請(qǐng)參閱圖6,工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路及RS232接口電路還包括電平邏輯轉(zhuǎn)換電路。U7為高集成度的專(zhuān)用電流變送信號(hào)輸出芯片，電流輸出模式可配置為0—20mA、0— 24mA及4—20mA輸出，使用非常方便，其內(nèi)部集成了 16位的DAC及V/I轉(zhuǎn)換電路，AD5420和MCU 之間采用三線同步串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。U9為電平邏輯轉(zhuǎn)換芯片MAX3232,將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232邏輯電平，RS232接口電路主要用于磁致伸縮位移傳感器與上位機(jī)(如PC機(jī))的通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁致伸縮傳感器的參數(shù)設(shè)置、標(biāo)定等功能。[0〇31] 所述磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路采用高性能的32bit ARM Cortex—M0結(jié)合低成本高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)電流脈沖和扭轉(zhuǎn)波回波信號(hào)之間的時(shí)間差檢測(cè)，時(shí)間的檢測(cè)分辨率可達(dá)50ps，以扭轉(zhuǎn)波在波導(dǎo)絲中的傳播速度為2000m/s計(jì)算，位移的檢測(cè)分辨率可達(dá)遠(yuǎn)低于lum〇[〇〇32] 本發(fā)明采用以ARM Cortex—M0系列單片機(jī)及高集成度高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2 為核心的磁致伸縮位移傳感器時(shí)間檢測(cè)方案，在成本不高的前提下大大提高時(shí)間檢測(cè)的分辨率，進(jìn)而提高了位移檢測(cè)的分辨率。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次連接的扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路、MCU、波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路，其特征在于，還包括與MCU相互通信的精密時(shí)間檢測(cè)電路、工業(yè)變送信號(hào)4一20mA輸出電路及RS232接口電路、為各模塊供電的電源電路，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路與波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路的輸出端均與精密時(shí)間檢測(cè)電路相連，其中，MCU為ARMCortex—MO系列單片機(jī)，精密時(shí)間檢測(cè)電路采用高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2，電源電路提供的電源電壓范圍為12—30VDC。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，MCU采用32位的ARM Cortex—MO芯片NUCl30。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，電源電路包括PWM電源控制芯片TPS5430、LD0直流穩(wěn)壓芯片U5、U6，PWM電源控制芯片TPS5430的輸入為12—30VDC，輸出為6V的直流電源，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5、U6的輸入端與P麗電源控制芯片TPS5430的輸出端并聯(lián)，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5輸出為5V的直流電源，LDO直流穩(wěn)壓芯片U6輸出為3.3V的直流電源。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，LDO直流穩(wěn)壓芯片U5的輸出端與扭轉(zhuǎn)回波檢測(cè)電路相連，LDO直流穩(wěn)壓芯片U6的輸出端與MCU、高精度計(jì)時(shí)芯片TDC—GP2相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，波導(dǎo)絲電流激勵(lì)電路包括電阻1?7、1?11、1?13、1?16、1?17、1?20、1?23、三極管01—03、]\103管04、波導(dǎo)絲，R7的一端與MCU相連、另一端與Ql的基極相連，Ql的集電極與Rll的一端相連，Rll的另一端與Q2的集電極相連，Q2、Q3的基極與Ql的集電極并聯(lián)，Q2、Q3的發(fā)射極與R13并聯(lián)，R13的另一端與R16的一端連接，R16的另一端與Ql的發(fā)射極、Q3的集電極相連接，Q4的柵極與R13、R16并聯(lián)、源極與波導(dǎo)絲串聯(lián)、漏極與相互串聯(lián)的R17、R20、R23相連接，R23的另一端連接6V的直流電源。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，扭轉(zhuǎn)波回波檢測(cè)電路包括差模信號(hào)電路、差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路、幅值放大電路，差模信號(hào)電路包括相互串聯(lián)的回波檢測(cè)線圈L1、L2、電阻R2、R3、R6、LM336集成電路U2，R2與LI并聯(lián)，R3與L2并聯(lián)，LI與L2串聯(lián)處與U2連接，R6的一端與5V直流電源連接、另一端與U2連接;差動(dòng)信號(hào)低通濾波電路包括1?5、1?8—1?10、05丄6、08、(:10、(:11，1?5、1?9、(:10組成1'型網(wǎng)絡(luò)，1?8、1?10、〇6組成1'型網(wǎng)絡(luò)，08的一端與1?9、(:10并聯(lián)、另一端與1?10、(:11并聯(lián)，05、06、(:10、(:11的另一端均接地；幅值放大電路包括高速軌到軌雙運(yùn)放1]3、1]4、電阻1?12、1?14、1?15、1?18、1?19、1?21、1?22、尺24—1?26，1]3包括1]34、1]38，1]4包括1]44、1]48，1]34、1]38、1]44與1?12、1?14、1?15、1?18、1?19、1?21、1?22組成三運(yùn)放結(jié)構(gòu)的儀表放大器，U4B與R24、R25組成電壓比較器，U4B的輸出端連接電阻R26。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度的磁致伸縮位移傳感器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，工業(yè)變送信號(hào)4 一 20mA輸出電路及RS232接口電路還包括電平邏輯轉(zhuǎn)換電路，工業(yè)變送信號(hào)4一20mA輸出電路包括4一20mA專(zhuān)用電流變送信號(hào)輸出芯片AD5420，電平邏輯轉(zhuǎn)換電路包括電平邏輯轉(zhuǎn)換芯片MAX3232。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK105953718SQ201610574354
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】喬愛(ài)民, 羅少軒, 湯慶國(guó), 李瑜慶
【申請(qǐng)人】蚌埠學(xué)院