一种防腐型磁致伸缩位移传感器的制作方法

时间: 2025-11-22 18:24:14 |   作者: 天博官方app首页入口

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  1.本实用新型涉及位移传感器领域，尤其涉及一种防腐型磁致伸缩位移传感器。

  2.一种防腐型磁致伸缩位移传感器的原理是利用两个不同磁场相交时产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自磁环中的永磁铁，另一个来自传感器电子仓中的电子部件产生的激励脉冲。激励脉冲沿传感器内用磁致伸缩材料制造的波导丝以声速运行。当与磁环中的永磁场相交时，由于磁致伸缩现象，波导丝产生的机械振动形成一个应变脉冲。应变脉冲很快便被电子仓中的感测电路探测到。一种防腐型磁致伸缩位移传感器从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，我们便能准确的计算出磁铁的位置变化。这样的一个过程是连续不断的，所以每当磁环位置改变时，新的位置会被迅速测量出来。

  3.一般通过da转换器把代表位置的数字信号转换为4～20ma的模拟信号并传给外部二次仪表设备，da转换器的供电电压要求10.6v以上，不然就无法产生标准的4～20ma。然而现有的电源一方面没办法提供10.6v电压，另一方面，现有电源输出的直流电一般是由交流电经整流稳压等处理得到的，因此输出的直流电中不可避免地带有交流成分，即纹波。纹波不仅降低了电源的效率，还会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；带来噪声干扰；较强的纹波会造成浪涌电压或电流，甚至烧毁用电器。因此，未解决以上问题，本实用新型提供一种防腐型磁致伸缩位移传感器，其电源不仅满足各类器件的电压要求，还可以对纹波进行削弱或滤除。

  4.有鉴于此，本实用新型提出了一种防腐型磁致伸缩位移传感器，其电源不仅满足各类器件的电压要求，还可以对纹波进行削弱或滤除。

  5.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种防腐型磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路、d/a转换器和电源模块，电源模块包括：直流电源、第一稳压器、第二稳压器、第三稳压器、第一二极管稳压电路、第二二极管稳压电路和第三二极管稳压电路；

  6.控制器的模拟输出端输出激励信号至激励电路的输入端，激励电路的输出端与波导丝的正极电性连接，波导丝的负极接地；感测电路的输入端与波导丝感应连接，感测电路的输出端与控制器的模拟输入端电性连接，控制器的数字输出端通过d/a转换器输出4～20ma的模拟信号至外部二次仪表；

  7.直流电源通过顺次连接的第一稳压器、第一二极管稳压电路、第二稳压器、第二二极管稳压电路、第三稳压器以及第三二极管稳压电路与控制器的电源端电性连接；d/a转换器的电源端以及激励电路的电源端分别与第二稳压器的输入端电性连接；感测电路的电源端与第二稳压器的输出端电性连接。

  8.在以上技术方案的基础上，优选的，第一二极管稳压电路包括二极管 dw7-dw9；

  9.二极管dw7-dw9的负极均与第二稳压器的输入端电性连接；二极管 dw7-dw9的正极均接地。

  10.在以上技术方案的基础上，优选的，第一二极管稳压电路、第二二极管稳压电路和第三二极管稳压电路结构相同。

  11.在以上技术方案的基础上，优选的，电源模块还包括串联在直流电源与第一稳压器之间的保护电路。

  12.在以上技术方案的基础上，优选的，保护电路包括二极管d1、瞬态二极管 tv1和保险丝f1；

  13.所述直流电源通过正向导通的二极管d1分别与瞬态二极管tv1的一端以及保险丝f1的一端电性连接，瞬态二极管tv1的另一端接地，保险丝f1的另一端与第一稳压器的输入端电性连接。

  14.在以上技术方案的基础上，优选的，电源模块还包括串联在保护电路与第一稳压器之间的lc滤波电路。

  15.在以上技术方案的基础上，优选的，电源模块还包括串联在第一稳压器、第一二极管稳压电路之间的低通滤波器。

  16.在以上技术方案的基础上，优选的，低通滤波器包括电阻r1和电容c11；

  17.电阻r1的一端与第一稳压器的输出端电性连接，电阻r1的另一端通过电容c11接地；

  19.在以上技术方案的基础上，优选的，电源模块还包括串联在第三二极管稳压电路与控制器的电源端之间的电容滤波电路。

  20.在以上技术方案的基础上，优选的，电容滤波电路包括：电容c5-c8；

  21.电容c5的一端与控制器的电源端电性连接，电容c5的另一端接地；电容 c6-c8相互并联后并联在电容c5的两端。

  22.本实用新型的一种防腐型磁致伸缩位移传感器相对于现存技术具有以下有益效果：

  23.(1)通过设置第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器，可以将直流电源输出的直流信号降压成10.6v、5v和3.3v电压等级的电压信号，以满足磁致位移传感器对不一样的等级电压的要求；

  24.(2)通过设置第一二极管稳压电路、第二二极管稳压电路和第三二极管稳压电路，一方面，对电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面，可承受更大的电流并起到分流作用，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果；

  25.(3)通过设置lc滤波电路能够对输入的电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波，提高安全性；

  26.(4)通过设置低通滤波器，对第一稳压器输出的电流信号进行滤波，并且将低通滤波器采用灌封胶封装，以满足防爆本安的要求；

  28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现存技术中的技术方案，下面将对实施例或现存技术描述中所需要用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够准确的通过这些附图获得其他的附图。

  30.图2为本实用新型一种防腐型磁致伸缩位移传感器中保护电路、lc滤波电路、第一稳压器、低通滤波器、第一二极管稳压电路的电路图；

  31.图3为本实用新型一种防腐型磁致伸缩位移传感器中第二稳压器的电路图；

  32.图4为本实用新型一种防腐型磁致伸缩位移传感器中第二二极管稳压电路、第三稳压器、第三二极管稳压电路和电容滤波电路的电路图。

  33.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

  34.如图1所示，本实用新型的一种防腐型磁致伸缩位移传感器，其包括控制器、激励电路、波导丝、感测电路、d/a转换器和电源模块。其中，控制器的模拟输出端输出激励信号至激励电路的输入端，激励电路的输出端与波导丝的正极电性连接，波导丝的负极接地；感测电路的输入端与波导丝感应连接，感测电路的输出端与控制器的模拟输入端电性连接，控制器的数字输出端通过d/a 转换器输出4～20ma的模拟信号至外部二次仪表。

  35.控制器，用于产生激励信号，所述激励信号是方波脉冲信号；接收感测电路处理后的回波脉冲信号；并在产生电流激励信号的同时启动时间计时，在接收到回波脉冲信号后结束时间计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化。优选的，控制器优选stm32f103c8t6芯片，其工作电压为3.3v。

  36.激励电路，对控制器输出的方波脉冲信号信号进行放大和整形，并传递给波导丝的两端。本实施例并不涉及对激励电路的改进，可采用现存技术实现，在此不再累述。

  37.感测电路，用于拾取激励信号，并对激励信号进行放大和整形处理后输出至控制器，控制器采集到激励信号的同时结束计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化。本实施例并不涉及对感测电路的改进，可采用现存技术实现，在此不再累述。

  38.d/a转换器，通过感测电路获取的激励信号被控制器拾取后，需要传给外部二次仪表设备，一般做法是通过数模转换再经过放大等操作处理后才能与外部二次仪表适配，在放大过程中信号会漂移或变值，因此，需要定期维护与重新标定。未解决以上问题，本实施例设置了d/a转换器，把数字信号转换为 4～20ma的模拟信号；所述4～20ma的模拟信号为标准的模拟信号，其输出信号是真正的值，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，更不必像其他传感器那样需要定期重标。优选的。d/a转换

  39.本实施例中，一种防腐型磁致伸缩位移传感器检测距离的原理为：控制器发送出激励脉冲信号给激励电路，控制器发出高电平的电压脉冲，波导丝产生电流，当控制器发出低电平的电压脉冲，波导丝中无电流产生；控制器发出的高电平经过激励电路的处理与放大，在波导丝中产生应变脉冲，应变脉冲的电流的大小为2安培，产生电流激励信号的同时，控制器启动时间计时；应变脉冲在波导丝中传递至线圈感应单元中的感应线圈，利用磁致伸缩逆效应，感应线圈产生回波电压脉冲信号，回波电压脉冲信号经过感测电路探测到，控制器结束时间计时，从产生激励脉冲的一刻到应变脉冲被探测到总的时间乘以固定的声速，便能准确的计算出磁铁的位置变化；控制器通过da转换器把代表位置的数字信号转换为4～20ma的模拟信号并传给外部二次仪表设备。

  40.电源模块，给控制器、激励电路、波导丝、感测电路以及d/a转换器进行供电。d/a转换器的供电电压要求10.6v以上，不然就无法产生标准的4～20ma。然而现有的电源一方面没办法提供10.6v电压，另一方面，现有电源输出的直流电一般是由交流电经整流稳压等处理得到的，因此输出的直流电中不可避免地带有交流成分，即纹波。纹波不仅降低了电源的效率，还会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；带来噪声干扰；较强的纹波会造成浪涌电压或电流，甚至烧毁用电器。因此，为了达到各用电器件不同的电压等级要求，以及削弱或滤除纹波，本实施例对电源模块的结构可以进行改进，具体点，如图1所示，电源模块包括顺次连接的直流电源、保护电路、lc滤波电路、第一稳压器、低通滤波器、第一二极管稳压电路、第二稳压器、第二二极管稳压电路、第三稳压器、第三二极管稳压电路和电容滤波电路。

  41.其中，直流电源可以是+12～24vdc的电源，该电源可以是通过交流电经整流稳压等处理得到的，因此，输出的直流电中不可避免地带有纹波。

  42.保护电路，防止直流电源输出电流过高烧毁后级电路，用于保护后级电路。保护电路串联在直流电源与第一稳压器之间的保护电路。优选的，如图2所示，保护电路包括二极管d1、瞬态二极管tv1和保险丝f1；直流电源通过正向导通的二极管d1分别与瞬态二极管tv1的一端以及保险丝f1的一端电性连接，瞬态二极管tv1的另一端接地，保险丝f1的另一端与第一稳压器的输入端电性连接。其中，二极管d1正向导通可保护后级电路中的信号进入直流电源中，对直流电源起到保护作用，二极管d1选用ss34，其导通电压在10.6v左右，与 d/a转换器的供电电压差不多，因此，直流电源不需要设置过压，设置12v即可。在电流大于预设值时保险丝f1被烧断，后级无电流输入，保护了后级电路；瞬态二极管tv1在大电流产生瞬间导通，防止大电流进入后级电力，保护了后级电路。

  43.lc滤波电路，能够对输入的电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波，提高安全性。本实施例中，lc滤波电路串联在保护电路与第一稳压器之间。lc滤波电路的结构如图2所示，电感l1 最大的作用是扼制电流的跳变，起到稳流的作用；退耦电容c9的主要用于抑制由于直流电源引起的电压跳变，起到稳压的作用。

  44.第一稳压器，对直流电源的输入电流进行稳压，并直流电源输出的直流电转换为10.6v，所述10.6v电压分别给a/d转换器的电源端以及激励电路的电源端供电。优选的，如图2所示，第一稳压器选用ld1085d2m稳压器，其中，电阻r2和电阻r3起到分压作用，将直流电源输出的直流电转换为10.6v。

  45.低通滤波器，对第一稳压器输出的电流信号进行滤波，并且将低通滤波器采用灌

  封胶封装，以满足防爆本安的要求。优选的，如图2所示，低通滤波器包括电阻r1和电容c11；电阻r1的一端与第一稳压器的输出端电性连接，电阻r1的另一端通过电容c11接地；电阻r1和电容c11采用灌封胶封装。

  46.第一二极管稳压电路，一方面，对第一稳压器输出电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面，可承受更大的电流并起到分流作用，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果。优选的，如图2所示，第一二极管稳压电路包括二极管dw7-dw9；二极管dw7-dw9的负极均与第二稳压器的输入端电性连接；二极管dw7-dw9的正极均接地。本实施例中，第一二极管稳压电路的三个稳压二极管一方面能够第一稳压器输出电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面能相互配合，当其中一个二极管损坏了，另一个二极管能让电路能继续工作，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果。

  47.第二稳压器，对第一稳压器输出的10.6v电压进行稳压，并将第一稳压器输出的10.6v直流电转换为5v，所述5v电压给感测电路的电源端供电。优选的，如图3所示，第二稳压器选用lp2951acm稳压器，将第一稳压器输出的 10.6v直流电转换为5v；电容c1-c3起到滤波作用。

  48.第二二极管稳压电路，一方面，对第二稳压器输出电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面，可承受更大的电流并起到分流作用，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果。本实施例中，第二二极管稳压电路的电路结构与第一二极管稳压电路的结构相同，在此不再累述。

  49.第三稳压器，对第二稳压器输出的5v电压进行稳压，并将第二稳压器输出的5v直流电转换为3.3v，所述3.3v电压给控制器的电源端供电。优选的，如图4所示，第三稳压器选用bm9230-3.3稳压器。

  50.第三二极管稳压电路，一方面，对第三稳压器输出电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面，可承受更大的电流并起到分流作用，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果。本实施例中，第三二极管稳压电路的电路结构与第一二极管稳压电路的结构相同，在此不再累述。

  51.电容滤波电路，起到高频滤波的作用。优选的，如图4所示，电容滤波电路包括：电容c5-c8；电容c5的一端与控制器的电源端电性连接，电容c5的另一端接地；电容c6-c8相互并联后并联在电容c5的两端。电容c5-c8的规格相同，采用多个相同规格的并联电容c5-c8具有以下几个功能：第一，可以有效的预防趋附效应，并能提高滤波电路的可靠性，增加电容的常规使用的寿命；第二，能够更好的降低电容的等效阻抗；第三，用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线.本实施例中，一种防腐型磁致伸缩位移传感器的电源模块供电原理为：直流电源输出直流电压信号，若所述直流电压信号超过预设值时，保护电路中的保险丝f1被烧断，线路断开，后级电路无电流经过；反之，直流电压信号经过 lc滤波电路稳压以及滤除纹波后输入第一稳压器，第一稳压器将所述直流电压信号进行稳压和降压处理，使其达到10.6v，所述10.6v信号分成两路，一路给 d/a转换器以及激励电路供电，另一路经低通滤波器滤波、第一二极管稳压电路稳压和滤除纹波后输出至第二稳压器；第二稳压器将所述10.6v信

  号进行稳压和降压处理，使其达到5v，所述5v信号分成两路，一路给感测电路供电，另一路经第二二极管稳压电路稳压和滤除纹波后输出至第三稳压器；第三稳压器将所述5v信号进行稳压和降压处理，使其达到3.3v，所述3.3v信号经过电容滤波电路滤波后给控制器供电。

  53.本实施例的有益效果为：通过设置第一稳压器、第二稳压器和第三稳压器，可以将直流电源输出的直流信号降压成10.6v、5v和3.3v电压等级的电压信号，以满足磁致位移传感器对不一样的等级电压的要求；

  54.通过设置第一二极管稳压电路、第二二极管稳压电路和第三二极管稳压电路，一方面，对电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波；另一方面，可承受更大的电流并起到分流作用，减小稳压二极管自身带有误差对电路造成的影响，提高电路的稳压效果；

  55.通过设置lc滤波电路能够对输入的电流进行稳压，大大降低输出电流的纹波，从而可以有明显效果地削弱或滤除电源中的纹波，提高安全性；

  56.通过设置低通滤波器，对第一稳压器输出的电流信号进行滤波，并且将低通滤波器采用灌封胶封装，以满足防爆本安的要求；

  58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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