磁致伸缩位移传感器激励脉冲电路设计

　　磁致伸缩位移传感器激励脉冲产生电路如图1所示。用并行谐振振荡电路构成晶体振荡器，晶体振荡与 RC 振荡电路相比，具有频率稳定性高的特点，RC 振荡电路由于除自身的温度变动以外，IC 的阈值电源也变动等原因，使得 RC 振荡电路有 2%～5%误差，而晶体振荡电路的稳定性在 50ppm 以内(0～70℃)，具有非常高的温度性。电路中用晶体 X1 的基频设计，X1 的基频为 32.768KHz。用 CD4069UB 反相器完成并行振荡器所需要的 180°相移，也可以使用 74HCU04 反相器构成，为了振荡稳定性，用 10M 电阻 R1 提供负反馈，用 50K 的电阻 R2 提供偏压使 CD4069UB在线性范围内工作，防止电路异常振荡。将产生的脉冲送入 CD4040B 进行分频，CD4040 是 12 位二进制串行计数器，所有计数器位为主从触发器，计数器在时钟下降沿进行计数，RESET 为高电平时，对计数器进行清零。由于在时钟输入端使用了斯密特触发器，对脉冲上升和下降时间无限制。所有输入和输出均经过缓冲。CD4040 对输入信号进行分频得到 12 路输出，也就是 12 个等级的周期脉冲，以满足不同测量范围需求。当测量行程距离增大时，发射脉冲信号与回波信号的时间间隔增加，这时就应该调整发射脉冲的频率，使之减小，否则，在下一个发射脉冲到来之前还没有接收到回波信号，这样磁致伸缩位移传感器就不能正常工作。通过选择不同跳线来选择不同频率。

　　发射电流脉冲的宽度 τ 的大小波导丝影响很大，过大则会影响磁致伸缩位移传感器的测量精度，过小则会增大波导丝的截止频率，影响位移传感器正常工作。根据要求，脉冲宽度 τ 在 2～6µs 为宜，在设计中取 2µs。本设计采用单稳态触发电路实现，电路如图2所示。

　　单稳态触发电路(Monostable Multivibrator ，又称 One-shot)的工作特性具有以下特点：

　　1. 它有一个稳定状态和一个暂稳态;

　　2. 在外界触发脉冲作用下，能从稳定状态翻转到暂稳态;

　　3. 暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳定状态。暂稳态的持续时间，就是电路

　　输出的脉冲宽度，它仅取决于电路本身的参数，而与触发脉冲的宽度和幅度无关。

　　电路中单稳态触发电路由两个与非门组成，暂稳态靠 C1、R1 的充、放电过程来维持，通过调节电容 C1、电阻 R1 的值可以改变高电平的宽度。单稳态触发电路的输出信号经过一个非门，也起到一定的缓冲作用。