磁致伸缩位移传感器激励脉冲分析及确定

激励脉冲电流的特性参数主要包括脉冲的波形、脉宽、产生周期以及电流强度,其中电流强度为 4.8A 已在 3.4 节进行了分析,下面对其他参数进行具体分析与确定。

首先,激励脉冲的波形一般要求使用窄脉冲进行激励。使用窄脉冲具有以下好处:1.使脉冲能够传播较长距离而不变形;2.使信号能量更加集中,从而能更好来提高扭转波强度。窄脉冲信号最常用的波形有尖脉冲与方波脉冲,方波脉冲比较容易实现。故本文采用 CPLD 来实现方波脉冲,可在其上升沿和下降沿处分别激发一次扭转波,且两次波形的相位刚好相反。两次波形的正半周期波形正好完全叠加在一起,合成出感应峰值最大的扭转波。

然后,为了使激励脉冲能激励更强的环形磁场,可以通过提高激励脉冲幅度和减小激励脉冲宽度来实现。其中为了获得质量较好的感应信号,脉冲宽度应维持在微米级,在本次设计中选取 1us ,可以通过软件控制 CPLD 端口高电平时间来实现。当 CPLD 产生的激励脉冲通过放大电路的时候,由于 MOSFET 器件存在开关时间,使得放大后的激励脉冲的脉宽为 1.2us 。

最终,磁致伸缩位移传感器发送一个激励脉冲电流可完成一次完整的测量,当测量位移较大时,位置磁铁距感应线圈距离增大,激励脉冲 S1与感应脉冲 S2之间的时间间隔增加,若该时间间隔大于激励脉冲的产生周期,则在下一个激励脉冲到来之前还没有接收到回波脉冲,传感器就不能正常工作。所以,激励脉冲的发射周期应该大于返回脉冲所经过的最大距离的时间,即经过波导丝总长度所用时间。由于本次设计的传感器的量程Lmax为 2m,扭转波在波导丝中传播速度V 为2983m/s,则回波脉冲经过波导丝所需的时间Tmax为

Tmax= Lmax/V=2m/(2983m/s)=0.670ms

所以,发射激励脉冲的时间间隔Ti (产生周期)应该大于Tmax,即Ti>0.670ms,,由于脉冲还要经过处理和计算,考虑到磁致伸缩位移传感器的刷新率,电流脉冲的周期也不宜太长,且给量程扩展留下余量。故综合考虑,本设计中取激励脉冲的产生周期Ti =18ms,即每隔 18ms 通过 CPLD激励脉冲产生电路发射电流脉冲。

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