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磁致伸缩位移传感器系统总体设计

  根据磁致伸缩位移传感器的测量机理以及本课题要求,位移传感器的硬件电路系统框图如图1所示。

磁致伸缩位移传感器系统框架

  磁致伸缩位移传感器系统框架

  本系统包括模拟电路部分和数字电路部分,模拟电路部分包括激励脉冲产生、放大、回波接收和整形等;数字电路模块以微处理器 AT89S52 为核心,包括时间间隔测量、温度测量等。

  模拟电路包含两个部分,一部分是用来给波导丝提供驱动脉冲的电路。由磁致伸缩位移传感器的测量机理可知,驱动电流脉冲的时间间隔、电流脉冲的波形、脉宽、以及电流强度都要有一定的要求。该部分电路首先是一个脉冲产生电路,用于产生几种不同频率的脉冲,把选定的特定频率的脉冲输入到一个单稳态触发器进行变换,把输入脉冲转换成具有固定时间宽度的脉冲,然后通过一个两级的放大驱动电路来产生符合条件的脉冲,最后输入到波导丝;另一部分是对波导丝产生的扭转应力波进行检测,首先通过检测线圈将应力波转换为电脉冲,此电脉冲很弱,只有几毫伏,对此脉冲进行滤波放大后再输入到一个比较器,从比较器输出一定幅值的脉冲信号,最后送入脉冲整形电路,输出提供给数字电路部分。因此,模拟电路部分主要功能是:

  ① 产生幅度、频率、脉宽满足要求的激励脉冲,驱动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变形;

  ② 检测扭转应力脉冲,并进行处理,得到符合 TTL 电平的信号提供给数字电路;

  ③ 提供不同的电源电压。

  数字电路部分在接收到来自模拟电路输出的代表位移的电脉冲之后,送入到TDC-GP1 组成的时间间隔测量电路,由 TDC-GP1 计算出时间间隔测量并送入微处理器 AT89S52,同时 DS18B20 温度补偿电路检测到的温度值也送入微处理器,微处理器对时间值进行校正。另外,将结果在数码上进行显示。因此,数字部分的主要功能是:

  ① 完成时间间隔 T 的测量和测温度值的测量;

  ② 微处理器对时间进行修正;

  ③ 显示测量结果。