磁致伸縮位移傳感器信號發(fā)射電路

我國在磁致伸縮材料的研究雖起步較晚，但也取得了一些成就，但大多是關(guān)于材料本身性能的研究，應(yīng)用研究卻較少見.如北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室采用一種新的制造技術(shù)，制造出磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)達200-1550ppm,重復(fù)性、一致性高，工藝易于控制，成品率高，優(yōu)于國外相同尺寸產(chǎn)品的性能，并已申明了國家專利。在利用磁致伸縮效應(yīng)作為位移檢測的敏感元件研究方面，國內(nèi)研究報道較少，特別是大位移磁致伸縮位移的研究，研究領(lǐng)域主要集中在微距離。

　　由于國內(nèi)對磁致伸縮位移傳感器需求增長，使得其在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但國內(nèi)技術(shù)水平還落后于國外，需要進一步引進新技術(shù)，磁致伸縮位移傳感器的研究有著廣闊的市場前景。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種磁致伸縮位移傳感器信號發(fā)射電路，以產(chǎn)生與Fe83Ga17材料相匹配的電流脈沖信號。

　　實現(xiàn) 上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:

　　一種磁致伸縮位移傳感器信號發(fā)射電路，包括:激勵脈沖發(fā)射模塊和脈沖電流發(fā)射模塊;所述激勵脈沖發(fā)射模塊和脈沖電流發(fā)射模塊連接;所述激勵脈沖發(fā)射模塊將產(chǎn)生的激勵脈沖發(fā)射給所述脈沖電流發(fā)射模塊，所述脈沖電流發(fā)射模塊將激勵脈沖轉(zhuǎn)化為脈沖電流并將其發(fā)送給接口電路。

　　所述激勵脈沖發(fā)射模塊主要由振蕩電路，分頻電路以及單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路構(gòu)成，所述振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號源并發(fā)送給所述分頻電路，信號經(jīng)所述分頻電路分頻后傳輸給所述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路產(chǎn)生激勵脈沖。

　　所述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器采用SNJ54121J芯片。

　　所述脈沖電流發(fā)射模塊主要由開關(guān)電路和充放電電路構(gòu)成;所述開關(guān)電路主要由三極管和mos管組成，所述充放電電路主要由聚丙烯電容組成。

　　激勵脈沖由NPN和PNP三極管組成的所述開關(guān)電路控制mos管，從而控制聚丙烯電容的充放電，放電時產(chǎn)生的電荷(經(jīng)由高速開關(guān)二極管)轉(zhuǎn)移到波導(dǎo)絲上。

　　所述MOS管采用P75N06型號。使電荷轉(zhuǎn)移充分。

　　所述脈沖電流發(fā)射模塊還包括開關(guān)二極管，所述開關(guān)二極與所述聚丙烯充放電容連接，用于配合電荷的快速轉(zhuǎn)移。

　　所述開關(guān)二極管包括第一開關(guān)二極管和第二開關(guān)二極管，所述第一開關(guān)二極管正端接聚丙烯充放電容的負極，另一端接地;保證電路電流形成一個回路;所述第二開關(guān)二極管負端接聚丙烯充放電容的負極，另一端接波導(dǎo)絲。[0013] 在以上技術(shù)方案的技術(shù)上，優(yōu)選的，激勵脈沖發(fā)射模塊和脈沖電流發(fā)射模塊都設(shè)置有電容，在激勵脈沖發(fā)射模塊中，電容分別設(shè)置在震蕩電路、分頻電路以及單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的上游，以減少電源雜波對所生成的激勵脈沖信號的干擾。使激勵脈沖的波形更加穩(wěn)定。

　　在脈沖電流發(fā)射模塊中，電容分別設(shè)置在MOS管的上游以及聚丙烯電容的上游，使雜波信號不干擾電容的充放電。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:

　　一、產(chǎn)生幅度、頻率、脈寬滿足要求的激勵脈沖，能使磁致伸縮波導(dǎo)絲產(chǎn)生較強的垂直于軸向的環(huán)形磁場，從而使磁致伸縮波導(dǎo)絲產(chǎn)生足夠大的扭轉(zhuǎn)形變;產(chǎn)生與Fe83Ga17材料相匹配的電流脈沖信號。

　　附圖說明:

　　圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;

　　圖2是激勵脈沖發(fā)射模塊電路圖;

　　圖3是脈沖電流發(fā)射模塊電路圖。

　　具體實施方式

　　下面結(jié)合試驗例及具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

　　如圖1所示，一種磁致伸縮位移傳感器信號發(fā)射電路，包括:激勵脈沖發(fā)射模塊2和脈沖電流發(fā)射模塊3 ;所述激勵脈沖發(fā)射模塊2和脈沖電流發(fā)射模塊3連接;所述激勵脈沖發(fā)射模塊2將產(chǎn)生的激勵脈沖發(fā)射給所述脈沖電流發(fā)射模塊3，所述脈沖電流發(fā)射模塊3將激勵脈沖轉(zhuǎn)化為脈沖電流并將其發(fā)送給接口電路4。

　　如圖2所示，所述激勵脈沖發(fā)射模塊主要由振蕩電路，分頻電路以及單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路構(gòu)成，所述振蕩電路產(chǎn)生振蕩信號源并發(fā)送給所述分頻電路，信號經(jīng)所述分頻電路分頻后傳輸給所述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路產(chǎn)生激勵脈沖。

　　所述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器采用SNJ54121J芯片。

　　如圖3所示，所述脈沖電流發(fā)射模塊主要由開關(guān)電路和充放電電路構(gòu)成;所述開關(guān)電路主要由三極管和mos管組成，所述充放電電路主要由聚丙烯電容組成。

　　激勵脈沖由NPN和PNP三極管組成的所述開關(guān)電路控制mos管，從而控制聚丙烯電容的充放電，放電時產(chǎn)生的電荷(經(jīng)由高速開關(guān)二極管)轉(zhuǎn)移到波導(dǎo)絲上。

　　所述MOS管采用P75N06型號。使電荷轉(zhuǎn)移充分。

　　所述脈沖電流發(fā)射模塊還包括開關(guān)二極管，所述開關(guān)二極與所述聚丙烯充放電容連接，用于配合電荷的快速轉(zhuǎn)移。

　　所述開關(guān)二極管包括第一開關(guān)二極管和第二開關(guān)二極管，所述第一開關(guān)二極管正端接聚丙烯充放電容的負極，另一端接地;保證電路電流形成一個回路;所述第二開關(guān)二極管負端接聚丙烯充放電容的負極，另一端接波導(dǎo)絲。

　　在以上技術(shù)方案的技術(shù)上，優(yōu)選的，激勵脈沖發(fā)射模塊和脈沖電流發(fā)射模塊都設(shè)置有電容，在激 勵脈沖發(fā)射模塊中，電容分別設(shè)置在震蕩電路、分頻電路以及單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器電路的上游，以減少電源雜波對所生成的激勵脈沖信號的干擾。使激勵脈沖的波形更加穩(wěn)定。

　　在脈沖電流發(fā)射模塊中，電容分別設(shè)置在MOS管的上游以及聚丙烯電容的上游，使雜波信號不干擾電容的充放電。

　　實施例1

　　電路中使用晶振和SN74LS04芯片組成震蕩信號源，產(chǎn)生震蕩信號;通過兩片SN74LS393計數(shù)器電路作為分頻器對信號進行分頻處理，并且留有開關(guān)S8以便對輸出頻率進行選擇和設(shè)置。根據(jù)要求，設(shè)計選用SN54121單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器用作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使所得的激勵脈沖信號脈寬可以達到ns級別，并且可以根據(jù)需要調(diào)整脈寬寬度，能夠達到波形快速翻轉(zhuǎn)和穩(wěn)定的效果。本次激勵脈沖脈寬設(shè)置為30us。

　　激勵脈沖信號輸入后，通過一個NPN和一個PNP三極管以及可以驅(qū)動大電流的MOS管組成一個開關(guān)作用的電路，控制聚苯乙烯電容充放電，其波形如下圖所示。聚苯乙烯電容具有絕緣電阻高，電容穩(wěn)定性好，溫度系數(shù)小的特點，再配合小型的高速開關(guān)二極管1η4148,從而完成將激勵脈沖轉(zhuǎn)換成電流脈沖的功能。

　　對于激勵脈沖周期的選擇，由磁致伸縮位移傳感器工作原理知，信號發(fā)射電路發(fā)射一個電流脈沖信號，產(chǎn)生的軸向磁場遇到位置磁鐵產(chǎn)生的磁場，由于威德曼效應(yīng)會產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)彈性波，由于電流脈沖的速度相當(dāng)于光速，可以忽略不計，所以只需考慮發(fā)射脈沖與接收脈沖之間的時間間隔，就能計算得到活動磁環(huán)的位置.所以發(fā)射脈沖的周期必須大于扭轉(zhuǎn)彈性波在波導(dǎo)絲中最遠距離傳輸?shù)臅r間。由于實驗中波導(dǎo)絲的長度在Im左右，扭轉(zhuǎn)彈性波的傳輸速度為3000m/s，所以t=0.33ms，即脈沖周期T > 0.33ms，實踐中取T=0.8ms ο?

　　為了產(chǎn)生足夠大的電流使波導(dǎo)絲產(chǎn)生形變以形成扭轉(zhuǎn)彈性波，所以實踐中電流強度的大小也很重要，由于波導(dǎo) 絲上的電流強度在0.5-3A最合適，所以實驗中電流應(yīng)控制在此范圍內(nèi)。