專利名稱：磁致伸縮自校準測距儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種磁致伸縮自校準測距儀，屬于測距儀技術領域。
背景技術：
磁致伸縮，就是物體在受到外磁場作用時，沿磁力線方向會產生伸縮相對變形。一切的鐵磁材料都具有磁致伸縮效應，不同材料的磁致伸縮效應不同，有些材料在外磁場作用下伸長，具有正的磁致伸縮系數；而有一些材料在外磁場作用下縮短，具有負的磁致伸縮系數。根據鐵磁材料在磁場中的幾何尺寸變化的形式不同，磁致伸縮效應可分為縱向效應、橫向效應、扭轉效應和體積效應，除此之外，磁致伸縮還具有逆效應，即Villari效應。在國外，磁致伸縮液位傳感器以美國MTS公司和美國Schaevitz公司的產品為典型代表，早己經成功地將磁致伸縮技術批量地應用在了位移、液位測量領域。利用磁致伸縮效應制作的液位傳感器，由于采用非接觸式敏感元件，減少了機械磨損，故具有較高的可靠性。根據美國太空總署(NASA)的測定，磁致伸縮液位傳感器的敏感組件之平均無故障時間(MTBF)為23年。同時，由于其安裝方便、調試快捷、測量精度高、成本較低，比傳統的機械、電容、壓力、超聲波或伺服裝置等測量系統具有更高的應用和經濟價值。美國MTS公司的Temposonics III及L系列磁致伸縮液位傳感器的輸出分辨率讀數標準為5um，最高可以達2um。能提供高達士 O. 01%F. S的測量精度。因此，新一代的Temposonics III系列的精度及功能己幾乎接近光學尺，而其承受強力沖擊、振蕩及污染環境的能力則比光學尺強上好幾倍。而價格卻是光學尺的幾分之一，這些都是MTS公司的科研成果。磁致伸縮液位傳感器在上個世紀80年代進入中國市場，其典型產品為美國MTS公司和美國Schaevitz公司的產品，主要應用于進口生產線設備的配套。國內某些科研單位和生產企業早在20世紀90年代初便積極開展對磁致伸縮液位傳感器的研究和試制工作，但其規模都比較小，且其檢測手段也都十分有限，多數產品現今還處于試用性階段。現有國外產品價格昂貴，且磁致伸縮測距技術受環境參數影響較大，環境溫度和彈性鋼絲張力均會影響測量精度。
發明內容本實用新型的目的是為了解決現有磁致伸縮測距儀受環境參數影響較大，環境溫度和彈性鋼絲張力均會影響測量精度的問題，進而提供一種磁致伸縮自校準測距儀。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種磁致伸縮自校準測距儀，包括彈性鋼絲、可移動磁環、第一檢測線圈、第二檢測線圈、第一放大電路、第二放大電路、電子開關、分壓器、整流器、升壓器、嵌入式處理器和顯示器，所述可移動磁環設置于被測距離終點，第二檢測線圈設置于被測距離始點，第一檢測線圈設置于檢測路徑上即可移動磁環和第二檢測線圈之間，彈性鋼絲穿過第二檢測線圈、第一檢測線圈和可移動磁環，第二檢測線圈與第一放大電路的輸入端相連接，第一檢測線圈與第二放大電路的輸入端相連接，第一放大電路和第二放大電路的輸出端分別與嵌入式處理器的采樣引腳相連接，嵌入式處理器的PWM端口與升壓器的一端相連接，升壓器的另一端與整流器的一端相連接，整流器的另一端分別與電子開關的一端和分壓器的一端相連接，分壓器的另一端與嵌入式處理器的A/D接口相連接，電子開關的電流脈沖輸出端與彈性鋼絲相連接，電子開關的開關信號輸入端與嵌入式處理器的I/O接口相連接，嵌入式處理器的視頻信號輸出端與顯示器相連接。本實用新型具有以下優點本實用新型的精度僅取決于第一檢測線圈與第二檢測線圈的距離精度和時間分辨力，不受環境溫度及張絲拉力影響。所以可以同時得到高精度和高穩定度。成本增加極少而可以免除復雜頻繁的對測量儀器的校準。測距儀設計以高速嵌入式處理器為核心。降低了成本，增加了可靠性和使用的簡便性。功耗限制在I瓦以內，可使用電池供電。本實用新型可以在15米以內保證毫米級精度且幾乎不受環境因素影響，無需針對工作環境進行校準。
圖1為本實用新型的磁致伸縮自校準測距儀的連接關系示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本實用新型的保護范圍不限于下述實施例。如圖1所示，本實施例所涉及的一種磁致伸縮自校準測距儀，包括彈性鋼絲1、可移動磁環2、第一檢測線圈3、第二檢測線圈4、第一放大電路5、第二放大電路6、電子開關7、分壓器8、整流器9、升壓器10、嵌入式處理器11和顯示器12，所述可移動磁環2設置于被測距離終點，第二檢測線圈4設置于被測距離始點，第一檢測線圈3設置于檢測路徑上即可移動磁環2和第二檢測線圈4之間，彈性鋼絲I穿過第二檢測線圈4、第一檢測線圈3和可移動磁環2，第二檢測線圈4與第一放大電路5的輸入端相連接，第一檢測線圈3與第二放大電路6的輸入端相連接,第一放大電路5和第二放大電路6的輸出端分別與嵌入式處理器11的采樣引腳相連接，嵌入式處理器11的PWM端口與升壓器10的一端相連接，升壓器10的另一端與整流器9的一端相連接，整流器9的另一端分別與電子開關7的一端和分壓器8的一端相連接，分壓器8的另一端與嵌入式處理器11的A/D接口相連接，電子開關7的電流脈沖輸出端與彈性鋼絲I相連接，電子開關7的開關信號輸入端與嵌入式處理器11的I/O接口相連接，嵌入式處理器11的視頻信號輸出端與顯示器12相連接。所述彈性鋼絲I為市售磁致伸縮效應鋼絲。所述可移動磁環2也可用單塊磁鐵代替，以能在線圈處檢測到適當幅度波形(從50毫伏到I伏)為限。所述第一檢測線圈3和第二檢測線圈4均為f 3千匝空心線圈。所述第一放大電路5和第二放大電路6均為運放構成的帶通濾波器加移相比較器。[0019]所述電子開關7采用大電流MOS管。所述分壓器8為電阻分壓。所述整流器9和升壓器10均由開關電流泵電路組成。所述嵌入式處理器11使用低功耗高速單片機或DSP。所述嵌入式處理器11為T1-MSP430F149單片機。)工作原理彈性鋼絲內通過電流脈沖，在可移動磁環處產生彈性機械波，沿彈性鋼絲回傳至檢測線圈處，由磁致伸縮逆效應，在檢測線圈中感應出信號。脈沖驅動部分由嵌入式處理器產生脈沖調寬波形(PWM波)。經升壓整流后產生30伏直流電壓。處理器模數轉換引腳測量到此電壓后，由I/o 口接通電子開關10微秒。在具有磁致伸縮效應的彈性鋼絲內產生一個電流脈沖。此脈沖與可移動磁環作用,產生一個機械波。此波以大約2至3千米每秒速度傳播，被第一檢測線圈和第二檢測線圈檢測到，通過放大電路進入嵌入式處理器的采樣引腳。由于兩檢測線圈距離固定為已知，距離除以兩線圈檢測到信號的時間差得出彈性波在鋼絲中的傳播速度。此速度乘以發出電脈沖到第一線圈接收到返回脈沖的時間即為第一線圈到可移動磁環的距離。(實際上，電脈沖到第一檢測線圈接收到返回脈沖的時間由兩段組成，即電脈沖傳到可移動磁環處所用時間和彈性機械波由可移動磁環處傳回時間。由于電脈沖傳到第一檢測線圈處所用時間為相應距離除以30萬公里/秒，所用時間相對于本測距儀可忽略不計。)以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本實用新型整體構思下的不同實現方式，而且本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求1.一種磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，包括彈性鋼絲、可移動磁環、第一檢測線圈、第二檢測線圈、第一放大電路、第二放大電路、電子開關、分壓器、整流器、升壓器、嵌入式處理器和顯示器，所述可移動磁環設置于被測距離終點，第二檢測線圈設置于被測距離始點，第一檢測線圈設置于檢測路徑上即可移動磁環和第二檢測線圈之間，彈性鋼絲穿過第二檢測線圈、第一檢測線圈和可移動磁環，第二檢測線圈與第一放大電路的輸入端相連接，第一檢測線圈與第二放大電路的輸入端相連接，第一放大電路和第二放大電路的輸出端分別與嵌入式處理器的采樣引腳相連接，嵌入式處理器的PWM端口與升壓器的一端相連接，升壓器的另一端與整流器的一端相連接，整流器的另一端分別與電子開關的一端和分壓器的一端相連接，分壓器的另一端與嵌入式處理器的A/D接口相連接，電子開關的電流脈沖輸出端與彈性鋼絲相連接，電子開關的開關信號輸入端與嵌入式處理器的I/O接口相連接，嵌入式處理器的視頻信號輸出端與顯示器相連接。
2.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述彈性鋼絲為市售磁致伸縮效應鋼絲。
3.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述第一檢測線圈和第二檢測線圈均為f 3千匝空心線圈。
4.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述第一放大電路和第二放大電路均為運放構成的帶通濾波器加移相比較器。
5.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述電子開關采用大電流MOS管。
6.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述分壓器為電阻分壓。
7.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述整流器和升壓器均由開關電流泵電路組成。
8.根據權利要求1所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述嵌入式處理器使用低功耗高速單片機或DSP。
9.根據權利要求8所述的磁致伸縮自校準測距儀，其特征在于，所述嵌入式處理器為 T1-MSP430F149 單片機。
專利摘要本實用新型提供了一種磁致伸縮自校準測距儀，屬于測距儀技術領域。所述嵌入式處理器的PWM端口與升壓器的一端相連接，升壓器的另一端與整流器的一端相連接，整流器的另一端分別與電子開關的一端和分壓器的一端相連接，分壓器的另一端與嵌入式處理器的A/D接口相連接，電子開關的電流脈沖輸出端與彈性鋼絲相連接，電子開關的開關信號輸入端與嵌入式處理器的I/O接口相連接。本實用新型的精度僅取決于第一檢測線圈與第二檢測線圈的距離精度和時間分辨力，不受環境溫度及張絲拉力影響。所以可以同時得到高精度和高穩定度。功耗限制在1瓦以內，可使用電池供電。本實用新型可在15米以內保證毫米級精度且幾乎不受環境因素影響，無需針對工作環境進行校準。
文檔編號G01B7/02GK202885771SQ201220613149
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者張偉 申請人:張偉