CN101896791A - 开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器 - Google Patents
开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101896791A CN101896791A CN200880120636.2A CN200880120636A CN101896791A CN 101896791 A CN101896791 A CN 101896791A CN 200880120636 A CN200880120636 A CN 200880120636A CN 101896791 A CN101896791 A CN 101896791A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power supply
- transducer
- output
- switching power
- converter circuitry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims description 55
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 65
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 65
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 14
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 2
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 241000238366 Cephalopoda Species 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000007600 charging Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/48—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means
- G01D5/485—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using wave or particle radiation means using magnetostrictive devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
一种换能器(116)，感测磁致伸缩元件(102)上的重复脉冲(120)并提供换能器输出脉冲串(122)。换能器电路(126)检测换能器输出脉冲串。能量存储器件(130)耦合至换能器电路的功率输(128)。开关电源(132)耦合至能量存储器件并且具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源中的切换。时序电路(140)提供开关电源的重复抑制状态与换能器输出脉冲串的同步。
Description
背景技术
以下讨论的内容仅仅是提供了背景信息，而不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。
磁致伸缩位移换能器典型地安装在工业设备上，以用于感测机器零件的位移或水位感测浮子的位移。典型地在安装于机器或罐的外壳中容纳磁致伸缩位移电子装置。随着磁致伸缩位移换能器的应用范围的扩大，需要以越来越高的数据速率和更低的位移抖动水平来对位移采样，从而提高功耗。在过去，线性电源调节器曾用于外壳中，然而，随着数据速率的提高，外壳内的发热变得过量。曾使用开关功率调节器来减小发热，然而，开关调节器所产生的开关噪声不期望地提高了抖动水平。开关调节器的切换是自发的、可变的并且不与其他电路块同步，从而开关噪声脉冲的时间不可预测。需要在外壳中使用开关功率调节器的磁致伸缩位移换能器中进行高分辨率的、稳定的低抖动位移测量。
发明内容
提供了本发明内容和摘要以采用简化的形式来引入一些构思，以下在详细描述中将进一步描述这些构思。发明内容和摘要不旨在限定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于帮助确定要求保护的主题的范围。此外，本文提供的描述以及要求保护的主题不应被解释为用于解决背景技术中所讨论的任何缺点。
公开了一种换能器组件。换能器组件包括换能器。换能器感测磁致伸缩元件上的重复脉冲并提供换能器输出脉冲串。
换能器组件包括换能器电路。换能器电路重复检测换能器输出脉冲串并提供表示位移的输出。
换能器组件包括能量存储器件。能量存储器件耦合至换能器电路的功率输出。换能器组件包括开关电源。开关电源耦合至能量存储器件。开关电源具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态下抑制开关电源中的切换。
在另一实施例中，换能器组件包括时序电路。时序电路耦合至开关电源和换能器电路。时序电路提供了开关电源的重复抑制状态与换能器输出脉冲串的同步。
附图说明
图1示出了换能器组件。
图2示出了包括脉冲检测电路的换能器组件。
图3示出了包括门电路的换能器组件。
图3A示出了包括分压器的换能器组件。
图4示出了包括单触发电路(one-shot circuit)的换能器组件。
图5示出了与图4所示换能器组件相关联的时序图。
图6示出了换能器组件的位移输出上的开关噪声。
图7示出了换能器组件的框图。
图8示出了与图7所示的换能器组件相关联的时序图。
图9示出了与图7所示的换能器组件相关联的流程图。
具体实施方式
在下述实施例中，磁致伸缩换能器组件包括产生开关噪声的开关电源。当磁致伸缩换能器组件中的换能器电路接收换能器脉冲串的第一部分时，短暂地抑制开关电源中的切换，以便提供低噪声时间间隔，从而检测与偏置电平相交的换能器脉冲串的后续部分的定时。能量存储器件在切换受抑制的同时向换能器电路供电。在检测到定时之后，开关电源返回受抑制的操作。减小磁致伸缩换能器组件的输出的抖动，并提高分辨率。将讨论独立或以组合方式包括本发明实施例的多个方面。
图1示出了耦合至磁致伸缩元件102的换能器组件100。磁致伸缩元件102在磁体106的位移路径104旁边延伸，并感测磁体106的位移。磁体106附加到移动零件，如，移动的机器零件或罐中移动的浮子(未示出)。磁体106相对于磁致伸缩元件102移动。磁致伸缩元件102延伸到换能器组件100。电引线108、110提供沿着磁致伸缩元件102的长度方向流动的一系列重复电流脉冲112。
磁体106产生延伸到磁致伸缩元件102的外部磁场107。外部磁场107在第一方向上将相邻局部区域114磁化，所述第一方向近似横跨磁致伸缩元件102的长度方向。随着电流脉冲112经过磁致伸缩元件102，电流脉冲在磁致伸缩元件102中产生内部磁场。内部磁场足够大以至于可以克服来自磁体106的外部磁场107，局部区域114中的磁化方向突然地从近似横向方向变成围绕磁致伸缩元件102长轴的近似同心方向。由于磁致伸缩元件102的磁致伸缩特性，磁场方向的突然改变导致磁致伸缩元件102的相应的突然局部尺寸改变(机械脉冲)。
机械脉冲沿着磁致伸缩元件102以声速从局部区域114向换能器组件100传播，在换能器组件100处，由换能器116来检测脉冲。磁致伸缩元件102起到声延迟线的作用。在电脉冲112的施加与换能器116处机械脉冲的检测之间的时延表示磁体106的位移(位置)。换能器116可以包括偏置磁体和缠绕带绕磁芯的线圈、没有磁芯的线圈、压电传感器、磁电阻传感器、巨磁电阻(GMR)传感器、霍尔效应传感器、SQUID传感器或可以检测脉冲的其他已知传感器。换能器116可以感测磁致伸缩元件102的磁干扰或机械干扰。换能器组件100包括产生重复脉冲112、测量时延并提供位移输出118的电路，所述位移输出118表示磁体106的位移。根据一方面，位移输出118包括根据数字通信协议(如，Profibus或Canbus或其他已知数字通信协议)的数字总线信号。根据另一方面，位移输出118包括模拟输出，如受控的模拟电流或受控的模拟电压。根据另一方面，位移输出118包括简单的数字输出，如脉冲宽度调制(PMW)输出、频率输出或开始/停止输出。
换能器组件100包括换能器116，换能器116感测来自磁致伸缩元件102的线121上的重复脉冲120。换能器116在换能器输出124上提供换能器输出脉冲串122。本申请中所使用的术语“脉冲串”指的是包括由若干正弦周期组成的组在内的波形，所述正弦周期典型地处于相同的频率。脉冲串波形典型地具有衰减包络。每个组与单个电脉冲112相对应。
换能器输出124耦合至换能器电路126。换能器电路126重复检测换能器输出脉冲串122。换能器电路126提供表示位移的输出118。
换能器电路126包括功率输入128。电容器130具有电压VDD，电压VDD耦合至功率输入128。电容器130是一种能量存储器件。作为电容器130的备选，在适当地适应相关电路的情况下也可以使用其他类型的能量存储器件，如，超级电容器(也称作超电容器)、可充电电池或电感器。换能器组件100包括开关电源132。从外部电源在导体134、136处为开关电源132提供能量。
根据一方面，外部电源包括与位移输出118的通信总线相关联的通信总线。开关电源132沿着线138将电力耦合至电容器130。开关电源132具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源132中的切换。当开关电源132处于非抑制状态时，开关电源132向电容器130供电并产生不期望水平的开关电源噪声。当开关电源132处于抑制状态时，抑制切换，抑制向电容器130提供电力，并且开关电源132不产生不期望的高水平开关电源噪声。如果在换能器输出124处存在非抑制开关电源噪声，则会对输出脉冲串122的检测的重复性造成不利影响。作为能量存储器件的电容器130在重复抑制状态期间向换能器电路126提供所存储的电力。换能器电路126在抑制状态期间继续用电容器130中存储的能量来工作。根据一方面，电容器130具有足够的能量存储容量以通过在一个或两个连续换能器输出脉冲串之间的时间间隔为换能器电路126提供能量。
根据一方面，开关电源132包括禁用输入，通过向禁用输入施加开关控制输出142来抑制开关电源132，从而切断开关电源132。根据另一方面，通过减小开关电源132的功率输出来抑制开关电源132。根据另一方面，通过降低开关电源132的切换频率来抑制开关电源132。
换能器组件100包括时序电路140。时序电路140向开关电源132耦合开关控制输出142。时序电路140沿着控制总线144耦合至换能器电路126。时序电路140提供了开关电源132的重复抑制状态与换能器电路126对换能器输出脉冲串122的重复检测的同步。同步确保了检测的定时在抑制状态期间，使得在检测时不存在高水平开关噪声。
根据一方面，时序电路140提供的同步在换能器电路126检测换能器输出脉冲串122的时间间隔期间抑制开关电源噪声。下面将以图5所示的示例来更详细地描述该时间间隔。通过抑制开关电源噪声提高了位移测量的可重复性。下面将以图6所示的示例来更详细地描述该可重复性。
根据一方面，换能器电路126沿控制总线144将第一同步脉冲耦合至时序电路140，时序电路140将开关控制输出142耦合至开关电源132。在定时序(sequencing)这方面，由检测到一个换能器输出脉冲串122的至少第一部分来发起定时序。下面将以图2、3、3A和4所示的示例来更详细地描述这方面。
根据另一方面，备选地可以由开关电源132来发起定时序。根据该备选方面，开关电源132将开关控制输出142耦合至时序电路140，时序电路140沿控制总线144将第二同步输出耦合至换能器电路。根据这方面，在整个测量间隔期间抑制切换，并且电容器130具有足够大的尺寸以至于可以在整个测量间隔期间提供电力。
根据另一方面，备选地可以由时序电路140来发起定时序。根据该备选方面，时序电路140在控制总线144和开关控制输出142上自发地产生第一同步输出。
根据另一方面，已知开关电源噪声改善了在检测换能器输出脉冲串过程中的信噪比。下面将以图2所示的示例换能器组件200来更详细地描述换能器组件100的一些方面。
图2示出了换能器组件200。换能器组件200类似于换能器组件100。为了简明起见，先前图中和后续图中出现的相同参考数字表示相同或相似的特征，不再重复对这些特征的描述。
在图2中，换能器电路201(可与图1的换能器电路126相比)包括脉冲检测电路202。脉冲检测电路202接收线124上的换能器输出脉冲串122。脉冲检测电路202提供放大输出204。位移计算电路206接收放大输出204。位移计算电路206相对于电流脉冲122的定时来计算换能器输出脉冲串122的定时。位移计算电路206根据相关定时和沿着磁致伸缩元件102的脉冲传播的声速来计算位移输出118。可以通过测试磁致伸缩元件102或通过换能器电路201的校准来确定声速。位移计算电路206产生表示位移的输出118。
脉冲检测电路202向时序电路140提供第二放大输出208。时序电路140检测换能器输出脉冲串122的早期部分，该早期部分触发时序电路140的控制输出时序的定时。时序电路140提供开关控制输出142，所述开关控制输出142控制开关电源132处于抑制模式。接下来，时序电路140向位移计算电路206提供控制输出210。控制输出210限定了时间窗，在所述时间窗期间可以检测到脉冲串的后续部分的定时。在脉冲串的该后续部分期间，开关电源132处于抑制模式，使得开关电源噪声不足以影响位移计算电路206的定时测量。在完成定时测量之后，开关电源132返回非抑制模式以进行操作，所述操作包括对电容器130充电以及向换能器电路201和时序电路140提供能量。根据一方面，换能器116、换能器电路201和开关电源132在公共外壳内紧密地相邻，彼此相距150毫米以内。紧密地相邻提高了从开关电源132到脉冲检测电路202的干扰，然而，在定时测量期间电源132的抑制减小了在进行定时测量时的干扰。
下面以图3、3A、4、5和6所示的示例来更详细地描述换能器组件200的操作。
图3示出了换能器组件300。换能器组件300类似于图2中的换能器组件200。为了简明起见，图3与图2中出现相同的参考数字表示相同或相似的特征，这里不再重复对这些特征的描述。在图3中，换能器116包括带绕磁芯308、偏置磁体310以及缠绕磁芯308的磁性采集线圈312。
在图3中，位移计算电路206包括时间测量电路302，时间测量电路302测量延迟时间并基于延迟时间来计算和产生位移输出118。位移计算电路206包括门电路304。下面以图4所示的示例来更详细地描述门电路304。门电路304产生耦合至时间测量电路302的门电路输出306。电流脉冲112的产生开始了测量时间间隔(也称作测量周期)，在所述测量时间间隔期间，时间测量电路302测量沿着磁致伸缩元件102的时延。
在图3中，时序电路140从脉冲检测电路202接收放大输出208。时序电路140从门电路304接收门输出314。时序电路140向开关电源132提供开关控制输出142。时序电路140向门电路304提供时序电路输出316、318。时序电路输入和输出314、316、318统称做控制总线144。
下面以图4、5所示的示例来更详细地描述门电路304、时序电路140和控制总线144的功能和时序。
图3A示出了换能器组件350。为了简明起见，图3A与图3中出现的相同参考数字表示相同和相似的特征，这里不再重复对这些特征的描述。
在图3A中，开关电源132包括耦合至分压电阻器322、324的电压反馈输入320。分压电阻器322、324提供电压VDD的一部分作为向输入320的反馈，以调节VDD的DC电平。开关控制输出142将通过电容器326的脉冲电容耦合至电压反馈输入320。开关控制输出142临时提高电压反馈输出320处的电压，使得开关电源132临时抑制切换。抑制时间的持续时间是以下项目的函数：电容器326、分压电阻器322、324的RC时间常数，以及开关控制输出142上的脉冲的时间宽度。根据另一方面，开关控制输出142耦合至开关电源132中的输出串联通过晶体管(未示出)的输入，以抑制切换。也可以使用抑制切换的从开关控制输出142到开关电源132的其他连接。
根据一个备选方面，开关电源134包括可选的开关振荡器控制输入133。开关控制输出142可以耦合至开关振荡器控制输入133，以根据该备选方面来控制切换频率。
图4示出了晶体管装置400。为了简明起见，图4与图3中出现的相同参考数字表示相同或相似的特征，这里不再重复对这些特征的描述。
在图4中，脉冲检测电路202包括放大器和滤波器，并提供放大输出204，放大输出是换能器输出124的放大并滤波后的表示。门电路304包括偏置源402、比较器404、反相器406和NOR门408。比较器404(也称作U1)将来自偏置源402的偏压与放大输出204相比较。当时序电路输出318使能比较器404时，比较器404提供门输出314，所述门输出314指示放大输出204是否大于偏置源402。比较器404的门输出314耦合至反相器406的输入。反相器406提供反相输出，反相输出耦合至NOR门408的第一输入。NOR门408的第二输入接收时序电路输出316。NOR门408的输出提供耦合至时间测量电路302的门电路输出306。
在图4中，时序电路140包括固定阈值源410、比较器412、第一单触发电路414、第二单触发电路416和NOR门418。阈值源410将阈值电压电平耦合至比较器412的第一输入。来自脉冲检测电路202的放大输出208耦合至比较器412的第二输入。比较器412产生比较器输出，所述比较器输出耦合至第一和第二单触发电路414、416的“A”输入。比较器412的输出在放大输出208经过阈值电压电平时切换。根据一方面，单触发电路414、416包括National Semiconductor Corporation ofArlington，TX USA以及其他集成电路制造商的双可再触发单触发型74x123。第一单触发电路414连接至第一RC电路R1-C1，以用作具有第一时间常数的第一定时器。第二单触发电路416连接至第二RC电路R2-C2，以用作具有第二时间常数的第二定时器。
第一单触发电路414的/Q(也称作“NOT Q”)输出产生时序控制输出316。第二单触发电路162的Q输出耦合至NOR门418的第一输入。来自门电路304的门输出314耦合至NOR门418的第二输入。NOR门418的输出产生时序输出318和开关控制输出142。开关控制输出142耦合至开关电源132以抑制切换。下面将结合图5所示的示例时序图来更详细地描述时序电路140和门电路304的操作。
图5示出了图4所示电路的示例时序图。图5中的时间轴由水平线来表示，沿着时间轴垂直地示出了多个输出和条件。图5所示的时间的一部分表示在时序图左侧的起始时间处开始的测量周期。
在图4-5中，向磁致伸缩元件102施加电流脉冲502(图5)，从而开始测量周期。时间测量电路302(图4)产生消隐脉冲504(图5)。消隐脉冲504耦合至单触发414、416的/CLEAR(也称作“NOT CLEAR”)输入，以确保单触发414、416被清零并且准备好被触发，以便在时间测量结束时抑制切换。
在可变声时延506(依赖于磁体106的位移)之后，在放大输出204、208处存在脉冲串(也称作振铃脉冲)508。当振铃脉冲508在时间512首次超过阈值电平510时，开关控制输出142和时序电路输出318(也称作CMP_enable)在时间514切换至高状态，在时间516抑制开关电源132。
当振铃脉冲508在时间520超过偏置电平518时，门电路输出306(也称作Stop)在时间522改变。门电路输出306耦合至时间测量电路302，并在时间520停止在时间测量电路302中对所测量的声延迟524计数。所测量的声延迟524典型地与声延迟506相差实质上固定的时间间隔，并且在校准期间从输出中消除该实质上固定的时间差，使得位移输出118精确。
在时间530，CMP_enable切换至低，在时间526，门电路输出306(Stop)切换至低，在时间528，开关电源132再次返回非抑制切换。当短暂抑制开关电源并且没有产生高水平开关电源噪声时，进行时间520的临界测量。
本领域技术人员将理解，时序图(如图5所示的时序图)是简化的表示，并没有示出可以存在于各个输出处的所有噪声和其他伪信号。
图6示出了包括开关噪声的位移输出(如，图4中的位移输出118)。在图6中，水平轴602表示以毫秒为单位的时间，垂直轴604表示以微米为单位的测量位移。在图6中，在时间间隔606、608期间开关电源接通，在时间间隔610期间抑制开关电源的切换。在图6中，磁体(如，磁体106)处于固定位置。从图6可以看出，当在时间间隔606、608期间没有抑制开关电源时，位移噪声可以高达15微米峰到峰值。从图6还可以看出，当在时间间隔610期间临时抑制切换时，将位移切换噪声减小到大约2-3微米峰到峰值。当在临时抑制开关的情况下进行位移测量时，实现显著的信噪比改善。即使与换能器电路一起来容纳开关电源，也提供了位移的更稳定读数。
图7示出了换能器组件700的框图。换能器组件700类似于图2所示的换能器组件200。图7中与图2中使用的相同的参考数字在图7和图2中表示相同或相似的特征。在图2的换能器组件200中，根据换能器输出脉冲串120的重复检测来控制开关电源132的重复抑制状态。然而，在图7的换能器组件700中，根据从先前完成的测量周期时间计算出的固定时间间隔(M)702与测量周期时间间隔(LAST T)704之差(TN-1-M)706，来控制开关电源132的重复抑制状态(如图8的时序图所示)。
换能器组件700包括时序电路708。时序电路708包括：在702处的时间间隔M的所存储的预设值；在704处的所存储的更新后的上一时间间隔T；在706处的计算(TN-1-M)的计算电路；以及控制对开关电源132中切换的抑制的开关时间控制器710。
换能器组件700包括换能器电路712。换能器电路712包括电流脉冲时间控制器714。电流脉冲时间控制器714包括所存储的预设电流脉冲宽度值716。电流脉冲时间控制器在被触发输入718处的触发信号所触发时产生电流脉冲112。换能器电路712包括接收线124上的换能器脉冲串的脉冲串时间测量电路720。脉冲串时间测量电路720在每个测量周期的结尾沿着线向所存储的上次T间隔704提供更新。脉冲串时间测量电路720向电流脉冲时间控制器714的输入718以及向开关时间控制器710提供触发信号。根据来自脉冲串事件测量电路720的脉冲串时间测量来计算位移输出118。下面将以图8的示例时序图和图9的示例流程图来更详细地描述换能器组件700的操作。
图8示出了与图7所示的换能器组件相关联的示例时序图。水平轴802、804、806表示时间。电流脉冲时间控制器714(图7)产生电流脉冲808、810、812、814。每个电流脉冲808、810、812、814具有固定的电流脉冲宽度PW，由所存储的电流脉冲宽度值716(图7)来设置该固定的电流脉冲宽度PW。电流脉冲808、810、812、814的定时限定了测量周期。测量周期包括时间间隔，所述时间间隔从测量周期中第一电流脉冲的起始处开始到后续的第二电流脉冲的起始处。如图8所示，示出了三个完整的测量周期1、2和3。
在每个测量周期中，在声延迟之后，响应于电流脉冲来产生换能器脉冲串。例如，在测量周期2的起始处的电流脉冲810导致了在声延迟818之后的换能器脉冲串816。换能器脉冲串816在测量周期2中。每次检测到输出脉冲串(如，输出脉冲串816)之后，恢复开关电源的切换。在每个测量周期的开始，开关电源132(图7)切换以向电容器130(图7)提供电荷。允许开关电源132根据需要进行切换，以在测量周期N中的时间间隔(TN-1-M)内，维持电容器130上的电荷，其中，TN-1是前一个测量周期N-1的时间长度，M是由所存储的时间间隔值702(图7)来设置的固定时间间隔。时间长度(TN-1-M)在电流脉冲的起始处开始。开关电源132在周期时间830内切换，所述周期时间830从检测到输出脉冲串开始一直到电流脉冲开始之后时间长度(TN-1-M)的末尾处结束。
例如，在测量周期2(N＝2)处，允许开关电源132(“开关”)在测量周期2开始之后的时间间隔(T1-M)内继续进行切换。M的值被选择为停止切换并且提供了抑制开关时间间隔820。抑制开关时间间隔820在换能器脉冲串816之前开始，使得当检测到换能器脉冲串816的定时时抑制开关噪声。一旦检测到换能器脉冲串816，就重新执行电源的切换。
在检测到换能器脉冲串816的定时之后，开始下一个测量周期。根据一方面，测量周期的长度可变并且依赖于所遭遇的声延迟。将理解，声延迟的长度依赖于磁体106的机械运动(图7)，由于磁体106的速度有限使得声延迟的变化缓慢(相对于测量周期的时间长度)。从而，恰好前一个测量周期的长度非常近似于当前测量周期的长度，而在当前周期的起始处尚不准确地知道当前测量周期的长度。这种良好的近似确保了抑制开关时间间隔在换能器脉冲串之前开始。
图9示出了与图7所示的换能器组件700相关联的流程图。图9所示的流程图示出了在测量周期N期间的处理。处理在测量周期902的结尾处开始。处理沿着线904继续进行到作用块906。在作用块906，计算时间间隔(TN-1-M)。在完成作用块906之后，处理沿着线908继续进行至作用块910。
在作用块910，在时间t＝0处触发电流脉冲控制器714、开关时间控制器710和脉冲串时间测量电路。电流脉冲在时间t＝0处开始，开关电源132的切换在时间t＝0处开始，声延迟的测量在t＝0处开始。在完成作用块910之后，处理沿着线912继续进行至作用块914。在作用块914，电流脉冲在t＝当前脉冲宽度716处切断。在完成作用块914之后，处理沿着线906继续进行至作用块918。
在作用块918，在时间t＝(TN-1-M)处切断开关电源的切换。在时间t＝(TN-1-M)之后，针对第N个测量周期的其余部分，在开关电源中抑制切换。在完成作用块918之后，处理沿着线920继续进行至作用块922。
在作用块922，在时间t＝脉冲串时间处停止脉冲串时间测量。将脉冲串时间测量转换成计算位移输出118。将脉冲串时间测量转换成704处的上一T间隔存储。在完成作用块922之后，处理继续沿着线924进行至作用块926。
在作用块926，将时间t重置为T＝0，以为下一测量周期做准备。在完成作用块926之后，处理沿着线928继续进行至下一测量周期930。
如以上图7、8和9所描述的，换能器116感测磁致伸缩元件102上的重复脉冲，并在线124上提供换能器输出脉冲串122。换能器组件700包括换能器电路712。换能器电路712重复检测换能器输出脉冲串122，并提供表示位移的输出118。
换能器组件700包括能量存储器件130。能量存储器件130耦合至换能器电路712的功率输入VDD。换能器组件700包括开关电源132。开关电源132耦合至能量存储器件130。开关电源132具有重复抑制状态(如，在时间间隔820期间)，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源132中的切换。
换能器组件700包括时序电路708。时序电路708耦合至开关电压耦合至开关电源132以及换能器电路712。时序电路708提供了开关电源132的重复抑制状态与线122上换能器输出脉冲串122的同步。
尽管以专用于结构特征和/或方法动作的表达方式描述了主题，然而将理解，在法院审理时所附权利要求所限定的主题并不限于上述特定特征或动作。上述特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。
Claims (22)
1.一种换能器组件，包括：
换能器，提供换能器输出脉冲串；
换能器电路，重复检测换能器输出脉冲串，并提供表示位移的输出；
能量存储器件，耦合至换能器电路的功率输入；
开关电源，耦合至能量存储器件并且具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源中的切换；以及
时序电路，耦合至开关电源和换能器电路，所述时序电路提供开关电源的重复抑制状态与换能器输出脉冲串的重复检测的同步。
2.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，所述同步抑制了在换能器电路检测换能器输出脉冲串的时间间隔期间的开关电源噪声。
3.根据权利要求2所述的换能器组件，其中，换能器电路沿着控制总线向时序电路耦合同步，并且时序电路向开关电源耦合开关控制输出。
4.根据权利要求2所述的换能器组件，其中，开关电源向时序电路耦合开关控制输出，并且时序电路沿着控制总线向换能器电路耦合同步。
5.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，时序电路包括：开关时间控制器，根据过去的测量周期时间与固定时间间隔之差来控制抑制状态。
6.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，能量存储器件在重复抑制状态期间为换能器电路提供能量。
7.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，换能器电路包括：
脉冲检测电路，接收换能器输出脉冲串并提供放大输出；以及
位移计算电路，接收放大输出并产生表示位移的输出。
8.根据权利要求7所述的换能器组件，其中，脉冲检测电路向时序电路耦合第二放大输出，并且在脉冲检测电路检测到换能器输出脉冲串的第一部分之后，时序电路向开关电源耦合开关控制输出。
9.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，在脉冲检测电路检测到换能器输出脉冲串的第二部分之后，时序电路向位移计算电路耦合时序电路输出。
10.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，开关电源包括接收开关控制输出的禁用输入。
11.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，开关电源包括接收开关控制输出的电压反馈输入。
12.根据权利要求8所述的换能器组件，其中，开关电源包括接收开关控制输出的开关振荡器控制输入。
13.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，能量存储器件具有足以在单个换能器输出脉冲串期间为换能器电路提供能量的能量存储容量。
14.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，能量存储器件具有足以通过在两个连续换能器输出脉冲串之间的时间间隔为换能器电路提供能量的能量存储容量。
15.根据权利要求1所述的换能器组件，其中，换能器电路和开关电源在外壳内布置，彼此相距150毫米以内。
16.一种对位移进行换能的方法，包括：
提供表示磁致伸缩元件上的重复脉冲的换能器输出脉冲串；
利用换能器电路来重复检测换能器输出脉冲串以提供表示位移的输出；
利用能量存储器件和开关电源为换能器电路提供能量；
为开关电源提供重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源中的切换；以及
使开关电源的重复抑制状态与换能器输出脉冲串的重复检测同步。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述同步抑制了在换能器电路检测换能器输出脉冲串的时间间隔期间的开关电源噪声。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，沿着控制总线从换能器电路向时序电路耦合同步，并且时序电路耦合换能器电路，向开关电源耦合耦合开关控制输出。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，从开关电源向时序电路耦合开关控制输出，并且时序电路沿着控制总线向换能器电路耦合同步。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，能量存储器件在重复抑制状态期间为换能器电路提供能量。
21.一种换能器组件，包括：
换能器，提供换能器输出脉冲串；
能量存储器件；
开关电源，耦合至能量存储器件并且具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源中的切换；以及
换能器电路，具有耦合至能量存储器件的功率输入，换能器电路重复检测换能器输出脉冲串并提供表示位移的输出，重复抑制状态与换能器输出脉冲串同步。
22.一种换能器组件，包括：
换能器，提供换能器输出脉冲串；
能量存储器件；
开关电源，耦合至能量存储器件并具有重复抑制状态，在所述重复抑制状态期间抑制开关电源中的切换；以及
用于在开关电源处于抑制状态时重复检测换能器输出脉冲串以及用于提供表示位移的输出的装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/956,427 | 2007-12-14 | ||
| US11/956,427 US8427137B2 (en) | 2007-12-14 | 2007-12-14 | Magnetostrictive displacement transducer with suppression of switching power supply noise |
| PCT/US2008/013390 WO2009078919A1 (en) | 2007-12-14 | 2008-12-05 | Magnetostrictive displacement transducer with suppression of switching power supply noise |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101896791A true CN101896791A (zh) | 2010-11-24 |
| CN101896791B CN101896791B (zh) | 2013-06-12 |
Family
ID=40753055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN200880120636.2A Expired - Fee Related CN101896791B (zh) | 2007-12-14 | 2008-12-05 | 开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8427137B2 (zh) |
| EP (1) | EP2232194B1 (zh) |
| JP (1) | JP5400793B2 (zh) |
| CN (1) | CN101896791B (zh) |
| WO (1) | WO2009078919A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009003924B4 (de) | 2009-01-02 | 2022-05-12 | Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh | Sensor nach dem Laufzeitprinzip mit einer Detektoreinheit für mechanisch-elastische Dichte-Wellen |
| CN113566870B (zh) * | 2021-07-20 | 2024-01-26 | 安徽理工大学 | 一种超磁致伸缩传感器自动检测装置及其检测方法 |
Family Cites Families (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4404523A (en) * | 1980-07-10 | 1983-09-13 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Readout circuit for linear displacement transducer |
| US4636999A (en) * | 1983-06-30 | 1987-01-13 | Nl Industries, Inc. | Magnetostrictive pulse generator |
| US4721902A (en) | 1985-07-08 | 1988-01-26 | Mts Systems Corporation | Noise rejection in a sonic transducer |
| US5070485A (en) | 1990-09-28 | 1991-12-03 | Mts Systems Corporation | Low power magnetostrictive sensor |
| US5043685A (en) | 1990-09-28 | 1991-08-27 | Mts Systems Corporation | Threshold compensating detector for magnetostrictive transducer |
| US5206586A (en) | 1991-03-11 | 1993-04-27 | Mts Systems Corporation | Magnetostrictive position transducer having square-wave-in-quadrature-output |
| US5303212A (en) | 1991-07-11 | 1994-04-12 | Teac Corporation | Low voltage, high current magnetic transducer drive system for digital recording |
| US5212444A (en) | 1991-07-31 | 1993-05-18 | Magnetek Controls | Detection of damped sine waves in a magnestostrictive displacement transducer using pretrigger and detection thresholds of opposite polarity |
| US5334933A (en) | 1991-09-09 | 1994-08-02 | Mts Systems Corporation | Variable rejection method for improved signal discrimination in a magnetostrictive position transducer |
| US5457620A (en) | 1993-07-30 | 1995-10-10 | At&T Ipm Corp. | Current estimating circuit for switch mode power supply |
| US5590091A (en) | 1995-05-11 | 1996-12-31 | Mts Systems Corporation | Waveguide suspension device and modular construction for sonic waveguides |
| US6612168B2 (en) | 1995-05-11 | 2003-09-02 | Mts Systems Corporation | Explosion proof magnetostrictive probe |
| US5640109A (en) | 1995-10-27 | 1997-06-17 | Mts Systems Corporation | Pulse detector |
| US5952823A (en) | 1996-03-22 | 1999-09-14 | Mts Systems Corporation | Magnetostrictive linear displacement transducer for a shock absorber |
| US6426618B1 (en) | 1996-03-22 | 2002-07-30 | Mts Systems Corporation | Magnetostrictive linear displacement transducer for a vehicle steering system |
| US6707290B2 (en) | 1996-03-22 | 2004-03-16 | Mts Systems Corporation | Magnetostrictive linear displacement transducer for a vehicle strut suspension |
| US6528990B1 (en) | 1996-03-22 | 2003-03-04 | Mts Systems Corporation | Magnetostrictive linear displacement transducer for a vehicle steering system |
| US6369563B1 (en) | 1996-11-23 | 2002-04-09 | Mts Systems Corporation | Method for high resolution measurement of a position |
| AU1688497A (en) * | 1996-12-19 | 1998-07-15 | Mts Systems Corporation | Method for high resolution measurement of a time period |
| DE19714980C2 (de) | 1997-04-10 | 2001-01-04 | Asm Automation Sensorik Messte | Ultraschall-Positionssensor mit einem Impulsgenerator zur Erzeugung von kurzen Spannungsimpulsen |
| KR100279652B1 (ko) * | 1997-11-29 | 2001-02-01 | 황해웅 | 자왜소자 구동회로 |
| US6600962B1 (en) | 1998-10-05 | 2003-07-29 | Mts Systems Corporation | Sensor controller |
| EP1014041B1 (en) * | 1998-12-17 | 2005-05-18 | Mitutoyo Corporation | Inductive position transducer having high accuracy and reduced offset |
| US7190161B2 (en) * | 1999-08-26 | 2007-03-13 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Magnetic sensor |
| US6600310B2 (en) | 2000-03-08 | 2003-07-29 | Mts Systems Corporation | Linear and rotary magnetic sensor |
| DE10392253B4 (de) | 2002-02-22 | 2006-11-30 | Abas Inc., Chicago | Magnetisch neutraler Verschiebungs-(Drehmoment-)Wandler für ein ferromagnetisches Element mit Spule(n) und Magnetfeldsensor(en) |
| US7292025B2 (en) | 2003-04-21 | 2007-11-06 | Mts Systems Corporation | Bipolar interrogation for magnetostrictive transducers |
| US6791427B1 (en) | 2003-04-28 | 2004-09-14 | Mts Systems Corporation | Low duty cycle oscillator |
| KR20050014051A (ko) | 2003-07-29 | 2005-02-07 | 안희태 | 초음파 신호에서 주파수 분리를 이용한 거리측정 방법 및장치 |
| DE602004010486T2 (de) * | 2004-03-26 | 2008-11-13 | Senstronic, S.A. | Induktiver Annäherungssensor |
| DE102004060577B4 (de) * | 2004-12-16 | 2010-08-12 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Schaltung und Verfahren zum Erzeugen eines Strompulses in einem Wellenleiter |
| US7539028B2 (en) * | 2005-07-01 | 2009-05-26 | Power Integrations, Inc. | Method and apparatus for fault detection in a switching power supply |
| US7808235B2 (en) * | 2007-11-29 | 2010-10-05 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | Apparatus and methods for proximity sensing circuitry |
-
2007
- 2007-12-14 US US11/956,427 patent/US8427137B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-12-05 CN CN200880120636.2A patent/CN101896791B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-12-05 EP EP08860974.8A patent/EP2232194B1/en not_active Not-in-force
- 2008-12-05 WO PCT/US2008/013390 patent/WO2009078919A1/en active Application Filing
- 2008-12-05 JP JP2010537938A patent/JP5400793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011506963A (ja) | 2011-03-03 |
| US20090154292A1 (en) | 2009-06-18 |
| CN101896791B (zh) | 2013-06-12 |
| EP2232194B1 (en) | 2017-04-26 |
| US8427137B2 (en) | 2013-04-23 |
| JP5400793B2 (ja) | 2014-01-29 |
| WO2009078919A1 (en) | 2009-06-25 |
| EP2232194A1 (en) | 2010-09-29 |
| EP2232194A4 (en) | 2013-10-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9513709B2 (en) | Haptic feedback generation based on resonant frequency | |
| JP4091682B2 (ja) | 物体近接検出器およびその始動方法 | |
| CN101159416B (zh) | 电源转换器的控制电路及其方法 | |
| JPH0350285B2 (zh) | ||
| CN102374896B (zh) | 一种单线圈振弦式仪器等精度频率测量方法和装置 | |
| EP1528402A1 (en) | Magnetic sensor | |
| US6201653B1 (en) | By-pass write drivers for high-performance data recording | |
| CN102472778B (zh) | 用于借助于磁通门传感器确定电池的充电状态的方法和设备 | |
| CN103326677A (zh) | 音频功率放大器及音频功率放大器的调节方法 | |
| CN102340279B (zh) | 直线振动马达的驱动控制电路 | |
| CN101896791B (zh) | 开关电源噪声受抑制的磁致伸缩位移换能器 | |
| US6384596B1 (en) | Variable inductance transducer circuit producing an electrical current and voltage output | |
| CN103792500A (zh) | 基于sbc构型的磁通量子计数直接读出电路与方法 | |
| US20080084203A1 (en) | Pulsed coil drive circuit for a sampled inductive transducer | |
| EP4049051B1 (en) | Fluxgate current transducer | |
| CN110726435A (zh) | 一种电磁铁状态监测方法 | |
| CN101897050B (zh) | 具有相移偏置脉冲串的磁致伸缩位移换能器 | |
| US9709533B2 (en) | Method and circuit for determining resonant frequencies of a resonant device | |
| EA014208B1 (ru) | Ультразвуковой счетчик газа с расширенным диапазоном измеряемых расходов | |
| SU729543A1 (ru) | Устройство дл геоэлектроразведки | |
| RU2194946C2 (ru) | Преобразователь линейных перемещений | |
| JP2645197B2 (ja) | 流量計測装置 | |
| CN118624991A (zh) | 一种电感传感器电路的设计方法及系统 | |
| RU2297506C2 (ru) | Магнитострикционный кодовый преобразователь | |
| SU1007059A1 (ru) | Металлообнаружитель |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130612 Termination date: 20181205 |