一種Fe₈₃Ga₁₇磁致伸縮位移傳感器信號接收電路的制作方法

專利名稱：一種Fe₈₃Ga₁₇磁致伸縮位移傳感器信號接收電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種位移傳感器信號接收電路，特別涉及一種磁致伸縮位移傳感器信號接收電路。
背景技術：
磁致伸縮位移傳感器與傳統傳感器相比，它具有測量精度高、使用壽命長、耐腐蝕、耐塵、耐壓、耐高溫、耐高振蕩等一系列特點，已在行程測量和位移測量中得到了愈來愈多的應用。磁致伸縮位移傳感器是利用磁致伸縮特性材料的Wiedemann效應、Viuary效應及超聲效應，將位置信息轉換成最易測量的并且精度高的時間量，從而實現物體位置的高精度計量。現有技術中，已經有位移傳感器信號接收電路，通常的位移傳感器信號接收電路包括回波信號接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路則通常采用二階濾波器電路，現有技術中的位移傳感器信號接收電路，通常濾波效果不能達到最理想的程度，同時實現使信號保持較低的衰減程度和達到理想的濾波效果是較為困難的。具體來講，根據磁致伸縮位移傳感器激發出電流脈沖信號的頻率以及所使用的波導絲材料來設計濾波單元電路，經過對回波信號頻率測量分析，確定回波信號的中心頻率。NE5532是高性能低噪聲雙運算放大器集成電路，與很多標準運放相似，但它具有更好的噪聲性能。使用NE5532設計制作的二階巴特沃斯低通濾波器對回波信號的濾波效果如圖1所示，可以看到，回波信號噪聲在一定程度上得到了有效地抑制，信號更加清晰并且易于辨認。但是，仍然有少許雜波存在，并且有些地方存在磁滯現象和剩磁現象，使波形并不平整，仍然存在優化和改善的余地。

發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種磁致伸縮位移傳感器信號接收電路。以使信號保持較低的衰減程度并達到理想的濾波效果，為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案:
一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，包括:回波信號接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路為采用級聯方式構成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；
所述回波信號接收放大模塊用于將微弱的回波信號接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對信號濾波；
回波信號通過所述回波信號接收放大模塊進行接收并放大進而發送給4階帶通濾波器對信號濾波以消除雜波，最后用DSP對回波信號進行采樣處理最后計算得出距離。濾波是磁致伸縮位移傳感器實現高精度測量的關鍵因素。濾波器作為現代電子電路設計中不可或缺的一部分，合理的濾波器設計不僅可以濾除信號中混入的雜波和噪聲，提高信號的信噪比，而且也使信號的放大效果得到改善，使接收到的回波信號更加易于分辨和檢測，可以大大提高傳感器的靈敏度、精確度以及測量距離。本發明采用4階帶通濾波器，主要為了在既保證信號不會發生明顯地衰減的情況下又清楚回波信號中的雜波，相比2階帶通濾波器，回波信號未出現明顯的衰減現象，并且清除了回波信號中的雜波。所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對回波信號進行整形以使回波信號變成TTL電平信號。所述回波信號接收放大模塊為回波信號接收差分放大模塊。回波信號接收放大模塊選擇差分放大方式，具有抗干擾能力強、增大電壓擺幅，高線性的優點。所述4階帶通濾波器采用MAX275。MAX275是美國MAXM公司生產的通用型有源濾波器。它內含兩個獨立的二階有源濾波電路，可分別同時進行低通和帶通濾波，也可通過級聯實現四階有源濾波，中心頻率/截止頻率可達300kHz。運用MAX275可實現Butt erworth, Besssel和Chebyshev三種特性的濾波電路。總的諧波失真(THD)優于典型的-86分貝，電源可以由+5 V單電源或±5 V雙電源提供。為獲得阻帶內的最大衰減，提高Q值，采用四階濾波器設計，可通過將MAX275內部的兩個二階濾波器級聯實現。波導絲是由磁性材料制成的，磁性材料在磁場中會被磁化，繼而出現剩磁現象，即施于材料的磁場可引起材料極化強度改變或電場可引起材料磁化強度變化的現象。而磁致伸縮位移傳感器的活動位置磁鐵內部是一塊永磁鐵，只要是位置磁鐵經過的地方，波導絲就可能被磁化，磁化處就存在一磁場，但是這個磁場和位置磁鐵產生的磁場相比是很弱的。所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調節濾波器的品質因數，Rl和R3用于配合設置濾波器的放大倍數，R4用于與R2配合設置4階帶通濾波器電路的中心頻率。經過運算放大器放大后的信號通過Rl接入帶通濾波器的信號輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接。R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接。通過調節電阻R2以設定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率(即是回波信號的頻率)之外的雜波濾掉，通過調節電阻Rl和R3，可以使信號在濾波過程中產生的衰減得到補償，并且一定程度上消除Fe83Ga17產生的剩磁現象。
與現有技術相比，本發明的有益效果:
1、選擇通過級聯實現的四階帶通濾波器作為電路的濾波單元，結果表明，有效地抑制了回波信號中的噪聲和干擾，在一定程度上有效減弱了剩磁現象對回波信號產生的干擾，通過與普通低通濾波器的濾波效果相比較，體現出了四階帶通濾波器在磁致伸縮位移傳感器回波信號濾波上的優勢，實現了磁致伸縮位移傳感器電路信號濾波上的高效、低噪、減弱剩磁現象干擾的優點。


圖1為二階巴特沃斯低通濾波效果圖2是本發明的結構示意圖3是本發明4階帶通濾波器的電路圖4是采用4階帶通濾波器濾波后的效果圖。
具體實施例方式下面結合試驗例及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。實施例1
一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接 收電路，包括:回波信號接收放大電路和濾波器電路，所述濾波器電路為采用級聯方式構成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；
所述回波信號接收放大模塊用于將微弱的回波信號接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對信號濾波；
回波信號通過所述回波信號接收放大模塊進行接收并放大進而發送給4階帶通濾波器對信號濾波以消除雜波，最后用DSP對回波信號進行采樣處理最后計算得出距離。濾波是磁致伸縮位移傳感器實現高精度測量的關鍵因素。濾波器作為現代電子電路設計中不可或缺的一部分，合理的濾波器設計不僅可以濾除信號中混入的雜波和噪聲，提高信號的信噪比，而且也使信號的放大效果得到改善，使接收到的回波信號更加易于分辨和檢測，可以大大提高傳感器的靈敏度、精確度以及測量距離。本發明采用4階帶通濾波器，主要為了在既保證信號不會發生明顯地衰減的情況下又清楚回波信號中的雜波，相比2階帶通濾波器，回波信號未出現明顯的衰減現象，并且清除了回波信號中的雜波。所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對回波信號進行整形以使回波信號變成TTL電平信號。所述回波信號接收放大模塊為回波信號接收差分放大模塊。回波信號接收放大模塊選擇差分放大方式，具有抗干擾能力強、增大電壓擺幅，高線性的優點。所述4階帶通濾波器采用MAX275。MAX275是美國MAXM公司生產的通用型有源濾波器。它內含兩個獨立的二階有源濾波電路，可分別同時進行低通和帶通濾波，也可通過級聯實現四階有源濾波，中心頻率/截止頻率可達300kHz。運用MAX275可實現Butt erworth, Besssel和Chebyshev三種特性的濾波電路。總的諧波失真(THD)優于典型的-86分貝，電源可以由+5 V單電源或±5 V雙電源提供。
可以看出，回波信號經過MAX275濾波放大后，使波形更加整潔并且易于后期DSP采樣處理，有效地抑制了周圍環境因素和信號傳輸過程中產生的噪聲信號，在一定程度上減少了剩磁現象對波形的干擾，相比于巴特沃斯二階低通濾波器提高了系統的信噪比，從而也便于后期信號的采集和數字化處理。波導絲是由磁性材料制成的，磁性材料在磁場中會被磁化，繼而出現剩磁現象，即施于材料的磁場可引起材料極化強度改變或電場可引起材料磁化強度變化的現象。而磁致伸縮位移傳感器的活動位置磁鐵內部是一塊永磁鐵，只要是位置磁鐵經過的地方，波導絲就可能被磁化，磁化處就存在一磁場，但是這個磁場和位置磁鐵產生的磁場相比是很弱的。選擇MAX275通過級聯實現四階帶通濾波器作為電路的濾波單元，實驗結果表明，MAX275有效地抑制了回波信號中的噪聲和干擾，在一定程度上有效減弱了剩磁現象對回波信號產生的干擾，通過與普通低通濾波器的濾波效果相比較，體現出了 MAX275在磁致伸縮位移傳感器回波信號濾波上的優勢，實現了 MAX275在磁致伸縮位移傳感器電路信號濾波上的聞效、低噪、減弱剩磁現象干擾等優點。為獲得阻帶內的最大衰減，提高Q值，采用四階濾波器設計，可通過將MAX275內部的兩個二階濾波器級聯實現。所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調節濾波器的品質因數，Rl和R3用于配合設置濾波器的放大倍數，R4用于與R2配合設置4階帶通濾波器電路的中心頻率。經過運算放大器放大后的信號通過Rl接入帶通濾波器的信號輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接。R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接。通過調節電阻R2以設定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率(即是回波信號的頻率)之外的雜波濾掉，通過調節電阻Rl和R3，可以使信號在濾波過程中產生的衰減得到補償，并且一定程度上消除Fe83Ga17產生的剩磁現象。
權利要求
1.一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，包括:回波信號接收放大電路和濾波器電路，其特征在于，所述濾波器電路為采用級聯方式構成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接； 所述回波信號接收放大模塊用于將微弱的回波信號接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對信號濾波； 回波信號通過所述回波信號接收放大模塊進行接收并放大進而發送給4階帶通濾波器對信號濾波以消除雜波，最后用DSP對回波信號進行采樣處理最后計算得出距離。
2.如權利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，其特征在于，所述一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路還包括比較器電路，所述比較器電路與所述4階帶通濾波器電路連接，用于對回波信號進行整形以使回波信號變成TTL電平信號。
3.如權利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，其特征在于，所述回波信號接收放大模塊為回波信號接收差分放大模塊。
4.如權利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，其特征在于，所述4階帶通濾波器采用MAX275。
5.如權利要求1所述的一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，其特征在于，所述4階帶通濾波器包括外圍匹配電阻R1、R2、R3和R4，R2用于設置4階帶通濾波器電路的中心頻率；R1和R3用于調節濾波器的品質因數，Rl和R3用于配合設置濾波器的放大倍數，R4用于與R2配合設置4階帶通濾波器電路的中心頻率， 經過運算放大器放大后的信號通過Rl接入帶通濾波器的信號輸入端，R3 一端與帶通濾波器的信號輸入端相連，另一端與R4和帶通濾波器的信號輸出端相連，R4另一端與帶通濾波器的LPI端口連接， R2 —端與帶通濾波器的BPI端口連接，另一端與帶通濾波器的LPO端口連接， 通過調節電阻R2以設定帶通濾波器的中心頻率，將中心頻率之外的雜波濾掉，通過調節電阻Rl和R3以使信號在濾波過程中產生的衰減得到補償并且一定程度上消除Fe83Ga17材料產生的剩磁現象。
全文摘要
本發明公開了一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路。一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，包括回波信號接收放大電路和采用級聯方式構成的4階帶通濾波器電路；所述回波信號接收放大電路和所述4階帶通濾波器電路連接；所述回波信號接收放大模塊用于將微弱的回波信號接收并放大；所述4階帶通濾波器用于對信號濾波；回波信號通過所述回波信號接收放大模塊進行接收并放大進而發送給4階帶通濾波器對信號濾波以消除雜波，最后用DSP對回波信號進行采樣處理最后計算得出距離。本發明公開了一種Fe83Ga17磁致伸縮位移傳感器信號接收電路，可有效地清除雜波。
文檔編號G01B7/02GK103206913SQ20131014499
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者周新志, 馮希辰, 吳雋熙 申請人:四川大學