一种磁致伸缩位移传感器的检测方法及装置与流程

本发明涉及了一种磁致伸缩位移传感器，特别涉及了一种磁致伸缩位移传感器的信号检测方法、信号检测装置。

背景技术：

1、磁致伸缩位移传感器，是一种非接触、无磨损的位移传感器，广泛应用于液压缸、压铸机等方面的位移测量。磁致伸缩位移传感器，利用波导丝作为关键测量原件，在波导丝上通激励脉冲，激励脉冲在波导丝上产生的环形磁场与位置检测磁铁作用，会产生位置检测信号，位置检测信号沿着波导丝传播被检测模块接收到，根据位置检测信号在波导丝上传播的时间，可以计算出位置检测磁铁的实际位置。位置检测磁铁与波导丝是非接触的，因此没有磨损，传感器的实际检测应用寿命长、稳定可靠。

2、已有的磁致伸缩位移传感器的实例，大都为小工作间隙场景设计，同时为了尽可能增强回波信号，会为传感器提供较强的偏置磁场，产生较大的扭转波。随着距离增大，永磁体提供的轴向偏置磁场迅速减小。传统的阈值检测法虽然有着优秀的动态响应，但是在弱磁感应带来的微弱信号且伴有噪声干扰和低信噪比下，其检测能力不高甚至无法检测。

技术实现思路

1、为了检出弱磁感应下的微弱回波信号，本发明考虑通过信号处理的手段进行检测，以期在一定低的信噪比下精确检测出传感器的微弱信号达到弱磁感应位移检测的目的。本发明基于广义二次互相关的延时测量方法，并将其应用到磁致伸缩信号的飞行时间检测上，利用其抗噪性和低信噪比检测能力，提高磁致伸缩位移传感器的弱磁感应检测能力，从而达到在弱磁感应条件下仍能进行位移准确测量的目的，特别适用于磁致伸缩位移传感器的测量环境。

2、本发明的技术方案如下：

3、一、一种磁致伸缩位移传感器信号检测方法

4、1)通过发射装置向待测物体激励信号；

5、2)利用接收装置接收由待测物体反射回来的两个相邻回波信号x(t)和y(t)，将回波信号x(t)作为参考信号，以及将回波信号y(t)记为位移信号；

6、3)对参考信号和位移信号进行时频域处理后，获得时间延迟δt；

7、4)将时间延迟δt和波速v相乘后获得待测物体的位移。

8、所述激励信号为矩形脉冲信号。

9、所述3)具体为：

10、3.1)计算参考信号的自相关函数gxx(ω)；

11、3.2)计算参考信号和位移信号之间的互相关函数gxy(ω)；

12、3.3)对自相关函数gxx(ω)和互相关函数gxy(ω)进行广义二次互相关运算和行加权处理后，得到互功率谱grr(ω)，计算公式如下：

13、

14、其中，为加权函数；

15、3.4)通过逆傅里叶逆变换将互功率谱grr(ω)转换回时域后，得到广义二次互相关函数rrr(τ)，将广义二次互相关函数rrr(τ)的最大值对应的时间作为时间延迟δt。

16、所述加权函数为scot加权函数。

17、二、一种磁致伸缩位移传感器信号检测装置

18、所述装置包括波导丝、控制模块、检波模块、脉冲激励模块和信号处理模块；波导丝分别与检波模块、脉冲激励模块相连，检波模块、脉冲激励模块、信号处理模块均与控制模块相连；波导丝的圆周侧处放置有磁铁，所述控制模块通过脉冲激励模块向波导丝发送激励脉冲信号，检波模块采集获得回波信号数据并发送给信号处理模块，信号处理模块根据回波信号数据计算相邻两个回波信号之间的时间延迟并生成对应的脉冲信号发送给控制模块，控制模块根据脉冲信号计算各时刻的磁铁位置。

19、所述信号处理模块包括数字信号处理器、快速傅里叶变换硬件加速器、高精度模数转换器、滤波器组、存储器和接口。

20、所述数字信号处理器包括：

21、信号采集及转换模块，用于控制模数转换器采集来自接收模块的模拟信号并转换为数字信号；

22、预处理模块，用于滤除数字信号中的噪声以及调整信号增益；

23、自相关和互相关计算模块，用于计算回波信号的自相关函数和与参考信号的互相关函数；

24、广义二次互相关计算模块，用于进行二次相关运算；

25、峰值检测模块，用于在时域信号中检测广义二次相关峰值的位置，获得时间延迟。

26、所述控制模块为51单片机、arm处理器、dsp处理器或fpga处理器。

27、本发明的有益效果为：

28、1、高精度测量：能够在低信噪比条件下实现高精度的位移测量，特别适用于磁致伸缩位移传感器在弱磁感应条件下的应用。

29、2、增强抗干扰能力：通过广义二次互相关技术提高了测量的稳定性和可靠性，增强了在复杂环境下的测量能力。

30、3、系统兼容性：系统设计考虑了模块化和兼容性，易于集成到现有的测量设备中。

31、4、广泛应用：该技术方案可广泛应用于工业自动化、机械制造、石油化工等领域，具有广泛的市场应用前景。

32、5、节能环保：优化的信号处理算法减少了对硬件的要求，降低了能耗，符合现代工业对节能环保的追求。

技术特征：

1.一种磁致伸缩位移传感器信号检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩位移传感器信号检测方法，其特征在于，所述激励信号为矩形脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的一种磁致伸缩位移传感器信号检测方法，其特征在于，所述3)具体为：

4.根据权利要求3所述的一种磁致伸缩位移传感器信号检测方法，其特征在于，所述加权函数为scot加权函数。

5.一种磁致伸缩位移传感器信号检测装置，其特征在于，包括波导丝、控制模块、检波模块、脉冲激励模块和信号处理模块；波导丝分别与检波模块、脉冲激励模块相连，检波模块、脉冲激励模块、信号处理模块均与控制模块相连；波导丝的圆周侧处放置有磁铁，所述控制模块通过脉冲激励模块向波导丝发送激励脉冲信号，检波模块采集获得回波信号数据并发送给信号处理模块，信号处理模块根据回波信号数据计算相邻两个回波信号之间的时间延迟并生成对应的脉冲信号发送给控制模块，控制模块根据脉冲信号计算各时刻的磁铁位置。

6.根据权利要求5所述的一种磁致伸缩位移传感器的信号检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括数字信号处理器、快速傅里叶变换硬件加速器、高精度模数转换器、滤波器组、存储器和接口。

7.根据权利要求6所述的一种磁致伸缩位移传感器信号检测装置，其特征在于，所述数字信号处理器包括：

8.根据权利要求5所述的一种磁致伸缩位移传感器信号检测装置，其特征在于，所述控制模块为51单片机、arm处理器、dsp处理器或fpga处理器。

技术总结本发明公开了一种磁致伸缩位移传感器的检测方法及装置。本发明为了解决传统阈值检测法在低信噪比条件下检测能力不足的问题，首先通过检波模块采集获得检波信号数据并发送给信号处理模块；信号处理模块通过依次执行快速傅里叶变换、自相关运算、互相关运算、广义二次互相关运算以及逆傅里叶变换，以确定回波信号的时间延迟，并生成脉冲信号发送给控制模块，控制模块根据脉冲信号计算各时刻的磁铁位置，从而显著提高了在弱磁感应条件下的位移测量精度。本发明通过引入参考信号和加权函数，以增强传感器位移测量的准确性和抗噪性，本发明公开的装置在高精度位移检测时具有出色的非线性度、重复性、迟滞性等性能指标，具有广泛的应用前景。技术研发人员：骆苏军,李广博,甘锦明,张磊受保护的技术使用者：杭州浙达精益机电技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14