CN101762286A - 双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，包括感应线圈L1和激发线圈L2，其特征在于，感应线圈L1的两端通过一对双绞线连接到差动高增益运放电路的输入端，输入端连接起衰减差模和共模干扰作用的电阻衰减网络，差动高增益运放电路的输出端连接电流大小可调的恒流功放电路的输入端，恒流功放电路输出峰值恒定的电流脉冲，并通过另一对双绞线连接到所述的激发线圈L2，获得的钢弦频率信号从运放输出端通过反相器输出。该电路能克服现有技术中所存在的问题，所获频率基本不受电缆长度影响。

Description

双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路

技术领域

本发明涉及振弦传感器技术领域，具体涉及一种双线圈钢弦激发电路。

背景技术

双线圈钢弦激发电路(激发器)是与双线圈自激型振弦传感器配套使用的一个部件，对保证能测到传感器振弦频率起着关键作用。以往其他厂家的双线圈钢弦激发电路多用3芯屏蔽电缆连接传感器里的激发线圈和感应线圈，其中一根是公共“地线”，连接传感器外壳且接大地。钢弦振动在感应线圈里的感应信号经激发电路放大后以电压形式输出到激发线圈，形成正反馈使钢弦起振。

另中国专利98122129.7公开了一种单线圈电流型振弦式传感器和激发器，其构造是在壳体内的工作膜上有与其绝缘的钢弦，钢弦中部旁边设置一个磁感线圈，钢弦的两端和线圈的两端分别联接在由差分放大器等元件组成的激发器上，激发器设置在二次仪表中或设置在壳体内。其优点是传感器工作电流很小，弦可以很短，体积可以很小，无倍频干扰，可靠性高，与二次仪表的连接电缆可达千米以上。特别适用于制造尺寸小的高压液体压力传感器和必须使用长电缆的力、压力、位移传感器。

还有中国专利93231212.8也公开一种双线圈钢弦激发器，一种矿山中用于钢弦式传感器中将压力、位移等待测量转换为频率信号输出的双线圈钢弦激发器，由感应线圈、激发线圈组成，在感应线圈和激发线圈之间连接有限幅放大器、二极管和激发脉冲产生电路，其中二极管的负极与限幅放大器中的运放器的输出端相连，正极与激发脉冲产生电路中的电阻、电容相连。其优点是元件少，耗电流小，激发能力强，尤其可以可靠地激发不锈钢弦。

现有技术中的激发器所存在的主要缺点是：(1)激发输出与感应输入共地线，电缆长时激发输出在公共地线电阻上的电压降回输到输入端往往引起电磁干扰振荡，使得测不到振弦的真实频率而使传感器失效；(2)实际上对钢弦起激发作用的是通过激发线圈的电流脉冲，电流脉冲越强推动钢弦的力越大。现输出为电压，电缆短时电阻小电流大激发强而获得频率较高；电缆长时电阻大电流小激发弱而获得的频率较低，甚至不能激发。总之，连接电缆不能太长，否则可能不激发或出现电磁干扰振荡都使传感器失效；而且长电缆时测得的频率比短电缆时低一些，获得的频率会受电缆长度影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，该电路能克服现有技术中所存在的问题，所获频率基本不受电缆长度影响。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，包括感应线圈L1和激发线圈L2，其特征在于，感应线圈L1的两端通过一对双绞线连接到差动高增益运放电路IC的输入端，输入端连接起衰减差模和共模干扰作用的电阻衰减网络，差动高增益运放电路IC的输出端连接电流大小可调的恒流功放电路的输入端，恒流功放电路输出峰值恒定的电流脉冲，并通过另一对双绞线连接到所述的激发线圈L2，获得的钢弦频率信号从差动高增益运放电路IC输出端通过反相器U1输出。

按照本发明所提供的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，所述电阻衰减网络包括第一电阻R₁、第二电阻R₂和第三电阻R₃，第二电阻R₂的两端分别连接差动高增益运放电路的同相输入端和反向输入端，用来衰减差模干扰；第一电阻R₁的一端接差动高增益运放电路的反相输入端，另一端接公共端，第三电阻R₃的一端分接差动高增益运放电路的同相输入端，另一端接公共端，用于衰减共模干扰。

按照本发明所提供的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，电流大小可调恒流功放电路包括：电阻R₅、第一硅二极管D₁、第二硅二极管D₂、硅三极管BG和可调电阻W，电阻R₅接硅三极管BG基极，第一硅二极管D₁和第二硅二极管D₂串接后也连接硅三极管BG基极，硅三极管BG的发射极接可调电阻W，构成限流式三极管恒流电路，三极管集电极输出电流经另一对双绞线接激发线圈，电流的大小可由可调电阻W调节。

按照本发明所提供的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，差动高增益运放电路的同相输入端连接有第四电阻R₂，第四电阻R₂的另一端接电压。

按照本发明所提供的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，激发电路保持悬空，不与电网与大地接触。

本发明的感应线圈通过一对双绞线连接到激发电路的差动高增益运放的输入端，同时在此端加接有电阻衰减网络，差动运放的输出端接到电流大小可调的恒流功放的输入端，功放输出峰值恒定的电流脉冲通过另一对双绞线连接到传感器里的激发线圈，整个电路(含电源)最好保持浮空(不与电网及大地相连接)。本方案依据的原理是：(1)前置放大选用差动高增益运放电路，有较好的抗共模干扰能力，可用4芯双绞电缆中的一对双绞线连接传感器的感应线圈；功放输出通过另一对双绞线接激发线圈。不再有公共地线，而且将输出线路与输入线路间的电感电容耦合大大降低；(2)用电阻衰减网络进一步降低可能输入的电磁干扰。以上(1)、(2)两项措施的目的是使进入差动运放输入端的电磁干扰电压比钢弦微振动在感应线圈中感应输出的电压小，以保证钢弦振动能顺利引起正反馈而起振；(3)将电压输出改为恒流输出，无论电缆长短输出到激发线圈的电流脉冲峰值都相同，以保证长电缆时激发能力和短电缆一样；(4)激发电路(含电源)保持浮空，可彻底排除来自电网和大地地电的干扰，这对于自动测试系统十分重要。

附图说明

图1是本发明的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

本发明的实施例电原理图如图所示。其供电压例如采用5V DC/DC隔离变换器单电源供电，公共端为0V，Vcc＝5V。传感器的感应线圈L1通过一对双绞线接差动高增益运放电路的输入端，R₁R₂R₃为电阻衰减网络，R₂两端接运放输入端，其作用是衰减差模干扰；R₂、R₃的一端分别接运放的同相输入端与反相输入端，另一端接公共端，用于衰减共模干扰。电阻R₅、串连硅二极管D₁D₂接硅三极管BG基极，BG的发射极接有可调电阻W，构成限流式三极管恒流电路，输出电流经另一对双绞线接激发线圈L2，电流的大小可由W调节。

根据发明人提出的弱激发原理，当逐渐调小激发电流脉冲峰值到某一值时，只存在基频振动而无倍频成分；这时基频 $f=\sqrt{\mathrm{\σ}}/2L\sqrt{\mathrm{\ρ}}$ 将由钢弦应力σ、弦长L和弦密度ρ决定，与电缆长短无关，与激发电路的电参数无关。这是一种理想情况，实际弦振动受到空气阻尼，因此继续降低激发电流脉冲的峰值时，频率还会降低。当用1000米双绞线电缆和1米电缆测得的频率差＜0.1Hz时，这个电流就可以作为选定值。将所有激发电路的输出电流峰值都调为此值，基本可消除长电缆对频率的影响，而且各个激发电路获得的频差＜0.1Hz，可以互换。

最后，电阻R₄的一端接差动运放同相输入端，另一端接+5V。其作用是R₄与感应线圈、R₂及R₁构成分压电路，给运放输入端以正偏压，且使同相输入端比反相输入端的电位略高，运放处于良好放大状态，可对微弱的振弦信号进行高倍放大，使得选用LM2272甚至LM272、LM358等单电源双运放100％都能可靠激发。若无此电阻LM2272有40％不能激发，淘汰率很高。

Claims (4)

1.一种双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，包括感应线圈(L1)和激发线圈(L2)，其特征在于，感应线圈(L1)的两端通过一对双绞线连接到差动高增益运放电路(IC)的输入端，输入端连接起衰减差模和共模干扰作用的电阻衰减网络，差动高增益运放电路(IC)的输出端连接电流大小可调的恒流功放电路的输入端，恒流功放电路输出峰值恒定的电流脉冲，并通过另一对双绞线连接到所述的激发线圈(L2)，获得的钢弦频率信号从差动高增益运放电路(IC)输出端通过反相器(U1)输出。

2.根据权利要求1所述的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，所述电阻衰减网络包括第一电阻(R₁)、第二电阻(R₂)和第三电阻(R₃)，第二电阻(R₂)的两端分别连接差动高增益运放电路的同相输入端和反向输入端，用来衰减差模干扰；第一电阻(R₁)的一端接差动高增益运放电路的反相输入端，另一端接公共端，第三电阻(R₃)的一端分接差动高增益运放电路的同相输入端，另一端接公共端，用于衰减共模干扰。

3.根据权利要求1所述的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，电流大小可调恒流功放电路包括：电阻(R₅)、第一硅二极管(D₁)、第二硅二极管(D₂)、硅三极管(BG)和可调电阻(W)，电阻(R₅)接硅三极管(BG)基极，第一硅二极管(D₁)和第二硅二极管(D₂)串接后也连接硅三极管(BG)基极，硅三极管(BG)的发射极接可调电阻(W)，构成限流式三极管恒流电路，三极管集电极输出电流经另一对双绞线接激发线圈，电流的大小可由可调电阻(W)调节。

4.根据权利要求1所述的双线圈4线制恒流型钢弦自激激发电路，其特征在于，差动高增益运放电路的同相输入端连接有第四电阻(R₂)，第四电阻(R₂)的另一端接电源正极。