CN102072694B - 电涡流式距离传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电涡流式距离传感器。其中，该电涡流式距离传感器包括：线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。通过本发明，能够在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，增大电涡流式距离传感器的测量距离。
Description
技术领域
本发明涉及测量领域，具体而言，涉及一种电涡流式距离传感器。
背景技术
当成块的金属处于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，金属体内都会产生感应电动势，称为涡流。当磁场是由电流产生时，此时产生的涡流成为电涡流。
基于电涡流效应的传感器称为电涡流式传感器。如图1所示，由于线圈产生的磁场H1与被测导体中电涡流产生的磁场H2相互影响，使线圈的等效阻抗发生变化，这个变化与与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及线圈到被测导体表面的距离x等参数有关。固定距离x以外的影响参数，通过判断线圈的等效阻抗可以测得距离x的大小。
电涡流式距离传感器的测量距离一般与线圈的外径D成正比，并且传感器的有效测量距离x与D关系大约为：x＝1.17*D。
在线圈外径固定的情况下，由于电涡流式距离传感器测量距离有限，其安装位置或者应用受到局限，并且当距离x变化范围较大，会出现传感器与被测体相撞而损坏传感器的现象。
针对相关技术中在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，该电涡流式距离传感器的测量距离比较有限的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，该电涡流式距离传感器的测量距离比较有限的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种电涡流式距离传感器，以解决上述问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电涡流式距离传感器。该电涡流式距离传感器包括：线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。
进一步地，放大器对第一输出电压的放大倍数为[5，10]。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电涡流式距离传感器。该电涡流式距离传感器包括：线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；差动放大器，用于对第一输出电压和基准电压的差值进行放大，得到第二输出电压。
进一步地，差动放大器包括：第一输入端，用于输入第一输出电压；第二输入端，用于输入基准电压；输出端，用于输出第二输出电压。
进一步地，差动放大器对第一输出电压和基准电压的差值的放大倍数为[5，10]。
进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：运算放大器；相互串联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于第一输出电压的输出端，第二端连接于运算放大器的输出端，其中，运算放大器的第一输入端连接于第一电阻和第二电阻之间；第三电阻，第一端连接于基准电压的输出端，第二端连接于运算放大器的第二输入端；第四电阻，第一端连接于第三电阻和运算放大器之间，第二端接地。
进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：减法装置，用于计算第一输出电压和基准电压的差值；运算放大器，用于对差值进行放大。
通过本发明，采用以下结构的电涡流式距离传感器：线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压，使得在同样安装空间安装的电涡流式距离传感器的测量距离大大增加，解决了相关技术中电在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，该电涡流式距离传感器的测量距离比较有限的问题，进而达到了在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，增大电涡流式距离传感器测量距离的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据相关技术的电涡流传感的示意图；
图2是根据本发明第一实施例的电涡流式距离传感器的示意图；
图3是根据本发明第二实施例的电涡流式距离传感器的示意图；
图4是根据本发明实施例的电涡流测量电路的示意图；以及
图5是根据本发明实施例的差动运放器的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图2是根据本发明第一实施例的电涡流式距离传感器的示意图。
如图2所示，A1为电涡流测量电路，比如恒频调幅式、调频调幅式等；Vout10为测量电路的输出电压，Vout10随距离x的变化而变化，当距离为a时，A1的输出电压为Vout10(a)；A2为放大器；Vout20为A2的输出电压。
如图所述，本发明实施例提供了一种电涡流式距离传感器。该电涡流式距离传感器包括：线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器A1用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。
优选地，放大器对第一输出电压的放大倍数为[5，10]。
本发明实施例还提供了一种电涡流式距离传感器。
图3是根据本发明第二实施例的电涡流式距离传感器的示意图。
如图3所示，A1为电涡流测量电路，比如恒频调幅式、调频调幅式等；Vout1为测量电路的输出电压，Vout1随距离x的变化而变化，当距离为a时，A1的输出电压为Vout1(a)；Vref为基准电压，Vref等于Vout1(a)；A2为差动运放；Vout2为A2的输出电压
如图所示，该电涡流式距离传感器包括：线圈；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；差动放大器，用于对第一输出电压和基准电压的差值进行放大，得到第三输出电压。
优选地，差动放大器包括：第一输入端，用于输入第一输出电压；第二输入端，用于输入基准电压；输出端，用于输出第三输出电压。
优选地，差动放大器对第一输出电压和基准电压的差值的放大倍数为[5，10]。
优选地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：运算放大器；相互串联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于第一输出电压的输出端，第二端连接于运算放大器的输出端，其中，运算放大器的第一输入端连接于第一电阻和第二电阻之间；第三电阻，第一端连接于基准电压的输出端，第二端连接于运算放大器的第二输入端；第四电阻，第一端连接于第三电阻和运算放大器之间，第二端接地。
进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：减法装置，用于计算第一输出电压和基准电压的差值；运算放大器，用于对差值进行放大。
以下结合附图对本发明实施例的电涡流测量电路的工作原理进行说明。
如图3所示，传感器线圈与被测体1的距离为x。通过测量电路A1将距离x的变化转化为电压Vout1的变化，然后将Vout1与基准电压Vref通过A2相减后进行放大，输出电压信号Vout2。由于Vref＝Vout(a)，所以当x≤a时，通过Vout1的大小可以得出当前的距离；当x＞a时，通过Vout2的大小得出当前的距离。由于电压信号Vout2具有很高的灵敏度，所以能够测量出较远的距离。Vout1、Vref、Vout2的关系为：
当Vout1＞Vref时：Vout2＝N*(Vout1-Vref)，N为差动运放A2的放大倍数；
当Vout1≤Vref时：Vout2＝0。
另外，直接通过放大Vout1，即：Vout2＝N*Vout1，通过Vout2也可以实现远距离测量，该种情况下的电涡流测量电路的结构更加简单，如图2所示。
图4是根据本发明实施例的电涡流测量电路的示意图。
如图4所示，该电涡流测量电路包括：线圈L，与被测部件1距离为X，电容C，与线圈L并联连接于第一节点与第二节点之间；反相器A15，一端经由电阻R2连接于放大器A10的第一输入端，另一端连接于放大器A13的输出端，其中，放大器A10的第二输入端经由电阻R1接地，输出端经由第三节点与放大器A13的第一输入端相连接，放大器A13的第二输入端经由反馈环节A14连接于放大器A13的输出端，其中，所述第一节点连接于电阻R2和放大器A10的第一输入端之间，所述第二节点分别经由第三节点和整流单元A16连接至Vout1，其中，输出电压Vsin经整流单元A16后得到输出电压Vout1。
如图所示，可以将距离x的变化转化为输出信号Vout1的变化。电感线圈L与电容C并联后接入运算放大器A10的负反馈。VSIN为正弦波输出，其幅值受距离x影响。运算放大器A12与反馈环节A14用来限制正弦波的上升时间。A13的输出VA2通过反相器A15变换为方波，然后方波经过R2后来驱动LC并联回路产生振荡。通过调整R2的大小可以控制VSIN的幅值。VSIN通过整流单元A16后输出直流信号Vout1。
图5是根据本发明实施例的差动运放电路的示意图。
如图所示，该差动放大电路包括：运算放大器A21；相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2，第一端连接于第一输出电压的输出端Vout1，第二端连接于运算放大器的输出端，其中，运算放大器A21的第一输入端连接于第一电阻R1和第二电阻R2之间；第三电阻R3，第一端连接于基准电压Vref的输出端，第二端连接于运算放大器A21的第二输入端；第四电阻R4，第一端连接于第三电阻R3和运算放大器A21之间，第二端接地。
本发明能够使得在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，增大电涡流式距离传感器测量距离，即，在使用原有设计方案相同的线圈时，可以使得测量距离x达到了1.67*D，甚至更远距离的测量，实现了远距离测量，减小了安装空间对传感器安装的限制，并且在距离x变化过大时保护传感器不被损坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电涡流式距离传感器，其特征在于，包括：
线圈，用于产生磁场；
电涡流测量电路，与所述线圈相连接，用于根据所述磁场产生第一输出电压；以及
第三放大器，用于对所述第一输出电压进行放大，得到第二输出电压；
所述电涡流测量电路包括线圈、电容、反相器、第五电阻、第六电阻、第一放大器、第二放大器、反馈环节和整流单元；其中，
所述电容与所述线圈并联连接于第一节点与第二节点之间；
所述反相器一端经由第六电阻连接于第一放大器的第一输入端，另一端连接于第二放大器的输出端；
所述第一放大器的第二输入端经由第五电阻接地，输出端经由第三节点与第二放大器的第一输入端相连接；
所述第二放大器的第二输入端经由所述反馈环节连接于第二放大器的输出端；
其中，所述第一节点连接于第六电阻和第一放大器的第一输入端之间，所述第二节点经由第三节点与所述整流单元连接，所述整流单元的输出端即为所述第一输出电压。
2.根据权利要求1所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述第三放大器对所述第一输出电压的放大倍数为[5,10]。
3.一种电涡流式距离传感器，其特征在于，包括：
线圈，用于产生磁场；
电涡流测量电路，与所述线圈相连接，用于根据所述磁场产生第一输出电压；以及
差动放大器，用于对所述第一输出电压和基准电压的差值进行放大，得到第二输出电压；
所述电涡流测量电路包括线圈、电容、反相器、第五电阻、第六电阻、第一放大器、第二放大器、反馈环节和整流单元；其中，
所述电容与所述线圈并联连接于第一节点与第二节点之间；
所述反相器一端经由第六电阻连接于第一放大器的第一输入端，另一端连接于第二放大器的输出端；
所述第一放大器的第二输入端经由第五电阻接地，输出端经由第三节点与第二放大器的第一输入端相连接；
所述第二放大器的第二输入端经由所述反馈环节连接于第二放大器的输出端；
其中，所述第一节点连接于第六电阻和第一放大器的第一输入端之间，所述第二节点经由第三节点与所述整流单元连接，所述整流单元的输出端即为所述第一输出电压。
4.根据权利要求3所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器包括：
第一输入端，用于输入所述第一输出电压；
第二输入端，用于输入所述基准电压；以及
输出端，用于输出所述第二输出电压。
5.根据权利要求3所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器对所述第一输出电压和基准电压的差值的放大倍数为[5,10]。
6.根据权利要求3所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：
运算放大器；
相互串联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于所述第一输出电压的输出端，第二端连接于所述运算放大器的输出端，其中，所述运算放大器的第一输入端连接于所述第一电阻和所述第二电阻之间；
第三电阻，第一端连接于所述基准电压的输出端，第二端连接于所述运算放大器的第二输入端；以及
第四电阻，第一端连接于所述第三电阻和所述运算放大器之间，第二端接地。
7.根据权利要求3所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括：
减法装置，用于计算所述第一输出电压和基准电压的差值；以及
运算放大器，用于对所述差值进行放大。
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