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一天一个电路分析 第三季——电路分析 第三十五

发布日期:2020-08-08 12:33

  、为锻炼大家的分析电路问题的能力,从今天开始,我们每天将发布一个小电路,大家可以跟帖,描述该电路的功能,积极参与的朋友为你奉上积分。

  Ⅱ、现在玩单片机、ARM、FPGA等处理器的比较多,如果把传感器作为一个外围设备,通过采集到的数据传送给处理器,相信对处理器的学习会更加有意思。

  Ⅳ、希望传感器技术感性趣的人员,来论坛讨论,贡献自己的设计,开源给大家。

  Ⅴ、在此期间我们也会推出一些家电或医疗类的电路原理图,供大家分析,DIY大家要是觉得合适,可以提出打板或做成套件,和大家伙们一起分享!

  今天给大家介绍一种位移传感器:磁致伸缩位移传感器——通过非接触式的测控技术精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测产品的实际位移值的;该传感器的高精度和高可靠性已被广泛应用于以下环境:

  磁致伸缩位移(液位)传感器,是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管,波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲,该电流脉冲在波导管内传输,从而在波导管外产生一个圆周磁场,当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时,由于磁致伸缩的作用,波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号,这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输,并很快被电子室所检测到。

  由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比,通过测量时间,就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。

  这个有些难度哦!查阅了一些资料做了进一步的了解,该测量方法是利用的磁致伸缩效应及其逆效应,实现精确位移测量。当发出电流激励,导线周围形成磁场,与波导丝外的永磁环磁场形成一个螺旋磁场,引起材料变形产生机械波,机械波沿波导丝两段传播,末端被阻尼吸收,接收端在线圈中产生感生电动势,从而可以检测到回波信号,通过检测激励产生到检测到回波的时间差,即可以计算出当前位置。

  当波导丝材料及外形尺寸确定下来后,其本身会存在一个固有的谐振频率,其频率通常在100kHz以上,因此激励信号需要涵盖此频谱范围。此外,还需要确定激励电流的大小,即要多大电流才能导致有效的回波产生,激励太小的话,效应不明显,回波信号微弱难以检测。

  回波沿材料传播回来,会导致材料形变,因此可以在材料上套线圈检测感应电动势实现检测。该感应电动势与磁通量变化的速度、线圈匝数有关,磁通变化速度是被动的,没法改变,可以通过增加线圈匝数体升信号幅值。这个信号应该很微弱,需要放大,滤波,二次放大,整形,然后供检测采用。

  这个产品目前在商用中央空调中已经在实际使用,价格适中。目前应用效果不错,在应用中应注意以下几点问题:

  在波导丝(磁致伸缩材料制成,要求加工成的波导丝不要有位错、夹杂等晶格缺陷)加载脉冲电流。同时触发单片机中断或计时器(中断用于计时)。

  脉冲电流会形成一个以波导丝为轴的旋转磁场,由于波导丝的特性——磁场会产生机械变形。因此波导丝会产生一个机械振动(频率以脉冲电流的频率为主,其他频率的振动也同时存在)。机械振动即为声波!

  声波沿着波导丝方向以声速(大概接近1800米每秒左右)传播,以波导丝为轴的旋转磁场?、和被测位置磁场(方向必须和波导丝垂直)叠加(如果定量计算,并矢)。波导丝会在被测未知磁场处形成一个10-5~10-6数量级的??线性伸缩(这是磁致伸缩材料的特性?)。

  当声波传播到被测位置磁场时,?会有一部分能量反射回首端,一部分透射至波导丝的末端。振动能引发线圈内磁通量的变化,进而产生电流变化(通过放大等处理,使用带通滤波器滤除不想要的)。触发跳出中断向量(或停止计时器)。

  计时用于测量被测位置磁场到波导丝首端的距离(距离=速度*时间)。通过单片机,将计时转换成电流信号(或其他信号)。

  当然也可以使用压电晶体,可以大幅度提高信噪比和抗干扰能力,以及测量距离!

  据我所知:目前,国内外的主流产品,测量范围大同小异(受励磁能量的局限)。另外一个原因就是前面说的——施加脉冲电流的周期,要和计时器的计时时间差一至两个数量级。

  考虑到实际工艺的局限,所以使用线圈励磁的最大测量范围大致都在18米(声速1800米除以100)左右。

  A,波导丝的选用和加工要适当。波导丝要选取晶格结构单一的(可以使用示波器检测);加工时,波导丝的安装要使用恰当的方式,例如不要绷的太紧等。