CN102590692B - 位移传感器断线检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种位移传感器断线检测装置，所述位移传感器的两个次级线圈的输出电压经过加法器进行叠加后，利用直流分量调理电路提取出加法器的输出电压中的直流分量信号，利用交流分量调理电路提取出所述加法器的输出电压中的交流分量信号，将所述直流分量信号与第一预设电压进行比较，判断次级线圈是否断线，将所述交流分量信号与第二预设电压进行比较，判断初级线圈是否断线，进而通过逻辑判断电路判断出位移传感器是否断线。加法器的输出电压，利用一套检测电路即可以检测出次级线圈或者初级线圈是否断线，从而大大降低了该位移传感器断线检测装置的复杂度。而且，所述逻辑判断电路的检测结果采用数字量形式输出，检测结果显示直观。

Description

位移传感器断线检测装置

技术领域

本申请涉及位移传感器技术领域，特别是涉及一种位移传感器的断线检测装置。

背景技术

LVDT(Liner Variable Differen tial Transformer，线位移差分传感器)在工业控制系统中主要用于测量直线上的位置信号。

LVDT包括铁芯、一个初级线圈、两个次级线圈，分别为第一次级线圈和第二次级线圈，当铁芯在线圈内部上下移动并偏离中心位置时，两个次级线圈产生的感应电动势不相等，此时，LVDT输出端的输出电压是两个次级线圈的电压之差，所述输出电压的大小与铁芯的位移量成线性关系。LVDT的线圈断线时，输出电压为0V，与铁芯在中心位置时的输出电压相等，因此，在LVDT输出电压为0V时，不能区分是LVDT断线还是铁芯处于中心位置。

目前，有两种方法检测LVDT是否断线，一是：使用一对冗余的LVDT传感器及调理电路，根据两个调理电路产生的电压采样值相互比较，并结合一定的算法来区分铁芯位于中心位置还是LVDT断线，但该方法需要使用一对冗余的LVDT调理电路，实施复杂、成本较高，并且存在一定的误判率；另一种是：分别采集两个次级线圈的电压信号从硬件上来判断LVDT是否处于正常工作状态，该方法实现电路复杂，且断线显示不够直观。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种位移传感器断线检测装置，以实现以简单的电路检测LVDT是否出现断线，且能够直观的实现断线状态，技术方案如下：

一种位移传感器断线检测装置，包括：

与初级线圈相连的激励源，与第一次级线圈相连的第一测试电压源，与第二次级线圈相连的第二测试电压源；

与所述第一次级线圈相连的第一阻抗变换电路，与所述第二次级线圈相连的第二阻抗变换电路；

第一输入端与所述第一阻抗变换电路相连，第二输入端与所述第二阻抗变换电路相连的加法器，用于将所述第一次级线圈的输出电压及所述第二次级线圈的输出电压进行叠加；

与所述加法器的输出端相连的直流分量调理电路，用于提取所述加法器输出的电压信号中的直流分量信号；

与所述加法器的输出端相连的交流分量调理电路，用于提取所述加法器输出的电压信号中的交流分量信号；

与所述直流分量调理电路相连的第一比较电路，用于将所述直流分量信号与第一预设电压进行比较，得到第一比较结果；

与所述交流分量调理电路相连的第二比较电路，用于将所述交流分量信号与第二预设电压进行比较，得到第二比较结果；

与所述第一比较电路和所述第二比较电路相连的逻辑判断电路，用于接收到直流分量信号高于所述第一预设电压的第一比较结果和/或接收到交流分量信号低于所述第二预设电压的第二比较结果时，判断出该位移传感器断线故障，并输出对应的数字量信息。

优选的，所述直流分量调理电路包括：滤波电路，用于滤除所述加法器输出的电压信号中的交流信号。

优选的，所述直流分量调理电路还包括：电压转换电路，用于将所述滤波电路输出的电压信号转换为后级的第一比较电路的适用电压范围内。

优选的，所述交流分量调理电路包括：整流电路和滤波电路，其中：

所述整流电路用于将所述加法器输出的电压信号进行整流；

所述滤波电路用于将所述整流电路的输出信号进行滤波。

优选的，所述第一比较电路为反相电压比较器，该电压比较器的反相输入端连接所述直流分量调理电路的输出端，同相输入端输入有第一预设电压，输出端连接所述逻辑判断电路。

优选的，所述第二比较电路为同相电压比较器，该电压比较器的反相输入端输入有所述第二预设电压，同相输入端连接所述交流分量调理电路的输出端，输出端连接所述逻辑判断电路。

优选的，所述逻辑判断电路为逻辑与运算电路，该逻辑与运算电路的第一输入端连接所述第一比较电路，第二输入端连接所述第二比较电路。

优选的，所述第一比较电路为同相电压比较器，该电压比较器的同相输入端连接所述直流分量调理电路的输出端，反相输入端输入有第一预设电压，输出端连接所述逻辑判断电路。

优选的，所述第二比较电路为反相电压比较器，该电压比较器的同相输入端输入有所述第二预设电压，反相输入端连接所述交流分量调理电路的输出端，输出端连接所述逻辑判断电路。

优选的，所述逻辑判断电路为逻辑或运算电路，该逻辑或运算电路的第一输入端连接所述第一比较电路，第二输入端连接所述第二比较电路。

优选的，所述第一阻抗变换电路和所述第二阻抗变换电路均为电压跟随器。

优选的，所述第一预设电压的范围为0～V1，其中，V1为所述测试电压的输出电压。

优选的，所述第二预设电压的范围为0～V2，其中，V2为所述激励源输出电压有效值的一半。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，所述位移传感器的两个次级线圈的输出电压经过加法器进行叠加后，利用直流分量调理电路提取出加法器的输出电压中的直流分量信号，利用交流分量调理电路提取出所述加法器的输出电压中的交流分量信号，将所述直流分量信号与第一预设电压进行比较，判断次级线圈是否断线，将所述交流分量信号与第二预设电压进行比较，判断初级线圈是否断线，进而通过逻辑判断电路判断出位移传感器是否断线。该位移传感器断线检测装置利用加法器将两个次级线圈的输出电压进行叠加后再进行后续处理，根据加法器的输出电压，利用一套检测电路即可以检测出次级线圈和初级线圈是否断线，从而大大降低了该位移传感器断线检测装置的复杂度。而且，所述逻辑判断电路的检测结果采用数字量形式输出，检测结果显示直观。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种位移传感器断线检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例另一种位移传感器断线检测装置的结构示意图；

图3为本申请实施例另一种位移传感器断线检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参见图1，示出了一种位移传感器断线检测装置的结构示意图。

该位移传感器断线检测装置包括：激励源1、第一测试电压Vss1、第二测试电压Vss2、第一阻抗变换电路2、第二阻抗变换电路3、加法器4、直流分量调理电路5、交流分量调理电路6、第一比较电路7、第二比较电路8、逻辑判断电路9。

所述激励源1的两端分别连接初级线圈101的两端，为初级线圈101提供一定频率的电能，所述LVDT正常工作时，在两个次级线圈中产生感应电动势。

第一测试电压Vss1与第一次级线圈102的A端相连，第一次级线圈102的B端连接第二次级线圈103的C端，第二次级线圈103的D端连接第二测试电压Vss2，且第一测试电压Vss1和第二测试电压Vss2的输出电压相等。

具体的，所述第一测试电压Vss1的加入使得所述第一次级线圈断线时，能够检测到一个恒定的电压以作为判断第一次级线圈是否断线的依据。同理，引入所述第二测试电压Vss2的目的也是在所述第二次级线圈断线时，能够检测恒定的电压信号以作为判断第二次级线圈是否断线的依据。

所述第一次级线圈102的A端通过第一阻抗变换电路2连接至加法器4的第一输入端，所述第二次级线圈103的D端通过第二阻抗变换电路3连接至加法器的第二输入端。

具体的，所述第一阻抗变换电路2和第二阻抗变换电路3用于使后级连接的检测电路的输入阻抗较大，防止检测电路的引入对LVDT采集铁芯位置的电路造成影响，从而保证所述LVDT断线检测装置引入后LVDT铁心位置采集电路仍能够正常工作。

优选的，所述第一阻抗变换电路2和第二阻抗变换电路3可以通过电压跟随器实现，实现阻抗变换。

所述加法器4，用于将第一次级线圈102的输出电压及第二次级线圈103的输出电压进行叠加，得到第一次级线圈102和第二次级线圈103的电压和，利用一套检测电路检测该电压和，即可判断出两个次级线圈是否断线。

直流分量调理电路5与所述加法器4的输出端相连，用于提取所述加法器4输出的电压信号中的直流分量信号。

具体的，所述直流分量调理电路5可以通过滤波电路实现，该滤波电路能够滤除加法器4输出的电压信号中的交流分量信号，得到直流分量信号。

优选的，所述直流分量调理电路5还包括电压转换电路，用于将所述提取出的直流分量信号转换为所述第一比较电路能够接收的电压范围。

交流分量调理电路6与所述加法器4的输出端相连，用于提取所述加法器4输出的电压信号中的交流分量信号。

具体的，所述交流分量调理电路6可以通过整流电路及滤波电路实现，整流电路将所述加法器4输出的电压信号进行整流后提供给滤波电路进行滤波，从而得到交流分量信号。

第一比较电路7与所述直流分量调理电路5相连，用于将所述直流分量信号与第一预设电压比较，得到第一比较结果。

具体的，该第一比较电路可以通过电压比较器实现，所述第一预设电压的范围可以是0～V1，其中，V1为第一测试电压Vss1或第二测试电压Vss2的输出电压，所述第一比较结果存在以下两种情况：当LVDT正常工作时，所述直流分量信号小于所述第一预设电压；当LVDT的次级线圈断线时，所述直流分量信号大于所述第一预设电压。

第二比较电路8与所述交流分量调理电路6相连，用于将所述交流分量信号与第二预设电压比较，得到第二比较结果。

具体的，该第二比较电路可以通过电压比较器实现，所述第二预设电压的范围可以是0～V2，其中，V2为所述加法器4的输出电压中的交流电压的有效值的一半，所述第二比较结果存在以下两种情况：当LVDT正常工作时，所述交流分量信号大于所述第二预设电压；当LVDT的初级线圈断线时，所述交流分量信号小于所述交流分量信号。

逻辑判断电路9与所述第一比较电路7及第二比较电路8相连，用于根据接收到的所述第一比较结果和/或第二比较结果，判断出LVDT是否断线，并输出对应的数字量信息。

具体的，逻辑判断电路9接收第一比较电路7的输出结果和/或第二比较电路的比较结果，判断出LVDT是否断线。且该逻辑判断电路9输出数字量信号，能够直观显示所述位移传感器的断线故障。

本申请实施例提供的位移传感器断线检测装置，在所述位移传感器的初级线圈叠加有激励源，在所述位移传感器的两个次级线圈上分别叠加测试电压，两个次级线圈的输出电压经过加法器进行叠加后，利用直流分量调理电路提取加法器输出电压中的直流分量信号，并利用第一比较电路将所述直流分量信号与第一预设电压进行比较，判断次级线圈是否断线；利用交流分量调理电路提取所述加法器输出电压中的交流分量信号，利用第二比较电路将所述交流分量信号与第二预设电压进行比较，判断初级线圈是否断线，进而通过逻辑判断电路判断出位移传感器是否断线。该位移传感器断线检测装置利用加法器将两个次级线圈的输出电压进行叠加后再进行后续处理，根据加法器的输出电压，利用一套检测电路即可以检测出两个次级线圈是否断线，从而大大降低了该位移传感器断线检测装置的复杂度。而且，所述逻辑判断电路输出与检测结果对应的数字量信号，检测结果显示直观。

优选的，请参见图2，示出了另一种位移传感器断线检测装置的结构示意图，示出了位移传感器断线检测装置中的部分电路的具体电路示意图。

所述第一比较电路7为反相电压比较器，其反相输入端连接所述直流分量调理电路5的输出端，同相输入端输入有第一预设电压REF1，当LVDT的次级线圈断线时，所述直流分量调理电路5输出的电压大于第一预设电REF1，输出端输出低电平信号；

所述第二比较电路8为同相电压比较器，其同相输入端连接所述交流分量调理电路6的输出端，反相输入端输入有第二预设电压REF2，当LVDT的初级线圈断线时，所述交流分量电路6输出端的电压小于第二预设电压REF2，输出端输出低电平信号。

逻辑判断电路9为逻辑与运算电路，第一输入端连接所述第一比较电路7的输出端，第二输入端连接所述第二比较电路8的输出端，将第一比较电路7的输出结果和第二比较电路8输出结果进行逻辑与运算。

具体的，当LVDT的次级线圈断线时，第一比较电路7输出低电平，数字量信号为“0”，当LVDT的初级线圈断线时，或第二比较电路8输出低电平，对应的数字量信号为“0”，经过逻辑判断电路9进行逻辑与运算后，输出数字量信号“0”；当LVDT正常工作时，逻辑判断电路输出数字量信号“1”，该逻辑判断电路能够直观地显示LVDT是否断线。

优选的，请参见图3，示出了另一种位移传感器断线检测装置的结构示意图。

第一比较电路7为同相电压比较器，其同相输入端连接所述直流分量调理电路5的输出端，反相输入端输入有第一预设电压REF1，当LVDT的次级线圈断线时，所述直流分量调理电路5输出的电压大于第一预设电REF1，输出端输出高电平信号；

第二比较电路8为反相电压比较器，其反相输入端连接所述交流分量调理电路6的输出端，同相输入端输入有第二预设电压REF2，当LVDT的初级线圈断线时，所述交流分量电路6输出端的电压小于第二预设电压REF2，输出端输出高电平信号。

所述逻辑判断电路9为逻辑或运算电路，第一输入端连接所述第一比较电路7的输出端，第二输入端连接所述第二比较电路8的输出端，将第一比较电路7的输出结果和第二比较电路8输出结果进行逻辑与运算。

具体的，当LVDT的次级线圈断线时，第一比较电路输出高电平，对应的数字量信号为“1”，或者，当LVDT的初级线圈断线时，第二比较电路8输出高电平，对应的数字量信号为“1”，经过逻辑判断电路9进行逻辑或运算后，输出数字量信号“1”，当LVDT正常工作时，逻辑判断电路9输出数字量信号“0”，该逻辑判断电路能够直观地显示LVDT是否存在断线故障。

需要说明的是，所述第一比较电路和第二比较电路还可以采用其他的电路实现，并不仅仅限于采用电压比较器实现，凡是能够实现阈值比较功能的电路均是本发明公开和保护的范围。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种线位移差分传感器断线检测装置，其特征在于，包括：

与初级线圈相连的激励源，与第一次级线圈相连的第一测试电压源，与第二次级线圈相连的第二测试电压源；

与所述第一次级线圈相连的第一阻抗变换电路，与所述第二次级线圈相连的第二阻抗变换电路；

第一输入端与所述第一阻抗变换电路相连，第二输入端与所述第二阻抗变换电路相连的加法器，用于将所述第一次级线圈的输出电压及所述第二次级线圈的输出电压进行叠加；

与所述加法器的输出端相连的直流分量调理电路，用于提取所述加法器输出的电压信号中的直流分量信号；

与所述加法器的输出端相连的交流分量调理电路，用于提取所述加法器输出的电压信号中的交流分量信号；

与所述直流分量调理电路相连的第一比较电路，用于将所述直流分量信号与第一预设电压进行比较，得到第一比较结果；

所述直流分量调理电路包括：滤波电路，电压转换电路；所述滤波电路用于滤除所述加法器输出的电压信号中的交流信号；所述电压转换电路用于将所述滤波电路输出的电压信号转换为后级的第一比较电路的适用电压范围内；

与所述交流分量调理电路相连的第二比较电路，用于将所述交流分量信号与第二预设电压进行比较，得到第二比较结果；

与所述第一比较电路和所述第二比较电路相连的逻辑判断电路，用于接收到直流分量信号高于所述第一预设电压的第一比较结果和/或接收到交流分量信号低于所述第二预设电压的第二比较结果时，判断出线位移差分传感器断线故障，并输出对应的数字量信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述交流分量调理电路包括：整流电路和滤波电路，其中：

所述整流电路用于将所述加法器输出的电压信号进行整流；

所述滤波电路用于将所述整流电路的输出信号进行滤波。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一比较电路为反相电压比较器，该电压比较器的反相输入端连接所述直流分量调理电路的输出端，同相输入端输入有第一预设电压，输出端连接所述逻辑判断电路。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第二比较电路为同相电压比较器，该电压比较器的反相输入端输入有所述第二预设电压，同相输入端连接所述交流分量调理电路的输出端，输出端连接所述逻辑判断电路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述逻辑判断电路为逻辑与运算电路，该逻辑与运算电路的第一输入端连接所述第一比较电路，第二输入端连接所述第二比较电路。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一比较电路为同相电压比较器，该电压比较器的同相输入端连接所述直流分量调理电路的输出端，反相输入端输入有第一预设电压，输出端连接所述逻辑判断电路。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二比较电路为反相电压比较器，该电压比较器的同相输入端输入有所述第二预设电压，反相输入端连接所述交流分量调理电路的输出端，输出端连接所述逻辑判断电路。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述逻辑判断电路为逻辑或运算电路，该逻辑或运算电路的第一输入端连接所述第一比较电路，第二输入端连接所述第二比较电路。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一阻抗变换电路和所述第二阻抗变换电路均为电压跟随器。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一预设电压的范围为0～V1，其中，V1为所述第一或第二测试电压源的输出电压。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二预设电压的范围为0～V2，其中，V2为所述激励源输出电压有效值的一半。