CN103292679A

CN103292679A - 位移测量电路

Info

Publication number: CN103292679A
Application number: CN2013102020700A
Authority: CN
Inventors: 夏惠兴; 华洪斌
Original assignee: JIANGYIN JIANGLING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Jiang Ling Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: CN103292679B

Abstract

本发明公开了一种位移测量电路，包括时基芯片、变压器以及运算放大器；激励电源电压由时基芯片组成的无稳态多谐振荡器产生，位移传感器在激励电源电压下输出交流电压，且与衔铁位移成正比，传感器输出的交流输出信号进一步通过由变压器以及运算放大器组成的差动整流、相敏检波电路以及滤波器进行处理。本发明通过传感器的自适应处理，可以匹配不同传感器，实现不同场合测量的要求，适用于多种类型的位移监测仪表。

Description

位移测量电路

技术领域

本发明涉及旋转机械在线监测领域，具体涉及一种用于位移测量的电路，适用于工业旋转机械振动监测保护系列仪表。

背景技术

位移测量是各类大中型旋转机械设备如汽轮机、风机等的主要监测参数。位移量直接反映了设备的核心部件的当前状况，直接关系到设备的安全。现有的位移测量方式存在单一、稳定性较差，同时传感器的适应能力较弱等情况。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种位移测量电路，可以匹配不同传感器，实现不同场合测量的要求，适用于多种类型的位移监测仪表。

本发明的技术方案如下：

一种位移测量电路，包括时基芯片、变压器以及运算放大器；时基芯片的接地端接地，时基芯片的触发端连接下拉的第一电容，第一电阻和第一二极管并联后连接在时基芯片的触发端和放电端之间，时基芯片的重置锁定端与触发端短接，第二电阻连接在时基芯片的放电端和重置端之间，时基芯片的重置端、控制端、正电源电压端分别连接+12V电压，第二电容和第二电容并联后一端接地，另一端与时基芯片的正电源电压端连接；时基芯片的输出端串联第四电容后连接变压器初级线圈的一端，变压器初级线圈的另一端接地，第五电容并联在变压器初级线圈的两端；变压器次级线圈的两端分别作为位移测量电路的第一输入端和第二输入端，第二二极管、第一可调电阻、第三二极管串联后并联在变压器次级线圈的两端，第一可调电阻的调整端连接下拉的第六电容并串联第三电阻后连接运算放大器的反相输入端；运算放大器的同相输入端连接下拉的第四电阻，运算放大器的负电源端连接下拉的第七电容并连接-12V电压，运算放大器的正电源端连接下拉的第八电容并连接+12V电压，运算放大器的输出端连接第二可调电阻的一端，第二可调电阻的另一端与其调整端连接，并串联第五电阻后与运算放大器反相输入端连接，运算放大器的输出端连接第六电阻的一端，第六电阻的另一端连接下拉的第九电容，并作为位移测量电路的输出端。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过传感器的自适应处理，可以匹配不同传感器，实现不同场合测量的要求，如热膨胀、油动机、邮箱油位等不同类型位移参量的测量。本发明是目前为止最为方便的位移测量方式，可以适用于多种类型的位移监测仪表。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的电路原理图。

图2是本发明中的无稳态多谐振荡器的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明主要包括时基芯片NE555、变压器T1-B以及运算放大器LM358A。

时基芯片NE555的接地端（1脚）接地，触发端（2脚）连接下拉的电容C1-B；电阻R2-B和二极管D1-B并联后连接在时基芯片NE555的触发端（2脚）和放电端（7脚）之间；时基芯片NE555的重置锁定端（6脚）与触发端（2脚）短接；电阻R1-B连接在时基芯片NE555的放电端（7脚）和重置端（4脚）之间；时基芯片NE555的重置端（4脚）、控制端（5脚）、正电源电压端（8脚）分别连接+12V电压；电容C2-B和电容C3-B并联后一端接地，另一端与时基芯片NE555的正电源电压端（8脚）连接；时基芯片NE555的输出端（3脚）串联电容C4-B后连接变压器T1-B初级线圈的一端。

变压器T1-B初级线圈的另一端接地；电容C5-B并联在变压器T1-B初级线圈的两端；变压器T1-B次级线圈的两端分别作为本发明位移测量电路的第一输入端ViA-B和第二输入端ViB-B；二极管D2-B、可调电阻W1-B、二极管D3-B串联后并联在变压器T1-B次级线圈的两端；可调电阻W1-B的调整端连接下拉的电容C6-B并串联电阻R3-B后连接运算放大器LM358A的反相输入端。

运算放大器LM358A的同相输入端连接下拉的电阻R4-B，运算放大器LM358A的负电源端连接下拉的电容C7-B并连接-12V电压，运算放大器LM358A的正电源端连接下拉的电容C8-B并连接+12V电压，运算放大器LM358A的输出端连接可调电阻W2-B的一端，可调电阻W2-B的另一端与其调整端连接并串联电阻R5-B后与运算放大器LM358A反相输入端连接，运算放大器LM358A的输出端连接电阻R6-B的一端，电阻R6-B的另一端连接下拉的第九电容C9-B，并作为本发明位移测量电路的输出端Vo-B。

本发明的工作原理如下：

位移传感器（差动变压器式传感器）在外加激励电源电压下会输出交流电压，且与衔铁位移成正比。

如图1所示，激励电源电压是由时基芯片NE555集成电路组成的无稳态多谐振荡器产生。无稳态多谐振荡模式与单稳模式的不同之处在于NE555集成电路的触发端（2脚）接在充、放电回路的电容C1-B上，而不是受外部触发控制。

当加上VDD电压后，由于电容C1-B上端电压不能突变，故NE555集成电路处于置位状态，输出端（3脚）呈高电平“1”。由于在电阻R2-B两端并接了导引二极管D1-B，所以电容C1-B通过电阻R1-B、二极管D1-B对其充电。触发端（2脚）电位随电容C1-B上端电压的升高指数上升，其波形如图2所示。

当电容C1-B上的电压随时间增加，达到2/3VDD阀值电平（6脚）时，输出端（3脚）呈低电平“0”。此时，NE555集成电路内部放电管饱和导通，电容C1-B上的电荷经过电阻R1-B、电阻R2-B回路进行放电。当电容C2-B放电使其电压降至1/3VDD触发电平（2脚）时，输出端（3脚）又呈高电平“1”。以上过程重复出现，形成无稳态多谐振荡。

由上述对多谐振荡过程的分析不难看出，输出脉冲的持续时间t1就是电容C1-B上的电压从1/3VDD充电到2/3VDD所需要的时间，故电容C1-B两端电压的变化规律为：

U_{C} (t) = V_{DD} (1 - e^{- t / R_{1 - B} C_{1 - B}}) + \frac{1}{3} V_{DD} e^{- t / R_{1 - B} C_{1 - B}}

设τ1=R1-BC1-B，则上式简化为：

U_{C} (t) = V_{DD} (1 - \frac{2}{3} e^{- t / τ_{1}})

从上式中求得：

t1=-τ1 ln1/2=0.6932τ1

一般简写为：

t1=0.693R1-BC1-B

电路的间隙期t2就是电容两端的电压从2/3VDD放电到1/3VDD所需的时间，即

U_{C} (t) = \frac{2}{3} V_{DD} e^{- t / τ_{1}}

从上式求得t2，并设τ2=R2-BC1-B，则，

t2=-τ2ln1/2=0.6932τ2

一般简写为：

t1=0.693R2-BC1-B

电路的振荡周期T为：

T=t1+t2=0.693（τ1+τ2）

=0.693（R1-B+R2-B）C1-B

振荡频率f=1/T即：

f=1.443/（R1-B+R2-B）C1-B（Hz）

输出振荡波形的占空比D为：

D=t1/T=R2-B/（R1-B+R2-B）

当R2-B＞＞R1-B时，则D≈50%，即输出振荡波形为方波。

由上面的公式推导，不难得出以下结论：（1）振荡周期与电源电压VDD无关，而取决于充电和放电的总时间常数，即仅与电阻R1-B、电阻R2-B和电容C1-B的值有关。（2）振荡波的占空比与电容C1-B的大小无关，而仅与电阻R1-B、电阻R2-B的大小比值有关。

由于传感器输出的交流电压只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向，所以必须进一步通过如图1右半部分所示的差动整流、相敏检波电路以及滤波器对传感器的输出信号进行处理。

以上所述的元器件均为市售商品，实施例中的元器件型号可参见下表：

图1中主要元器件表：

序号	元器件代号	元器件类型	元器件参数或型号
				1	NE555	8脚时基集成电路
2	T1B	变压器
				3	LM358A	运算放大器

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种位移测量电路，其特征在于，包括时基芯片（NE555）、变压器（T1-B）以及运算放大器（LM358A）；时基芯片（NE555）的接地端接地，时基芯片（NE555）的触发端连接下拉的第一电容（C1-B），第一电阻（R2-B）和第一二极管（D1-B）并联后连接在时基芯片（NE555）的触发端和放电端之间，时基芯片（NE555）的重置锁定端与触发端短接，第二电阻（R1-B）连接在时基芯片（NE555）的放电端和重置端之间，时基芯片（NE555）的重置端、控制端、正电源电压端分别连接+12V电压，第二电容（C2-B）和第二电容（C3-B）并联后一端接地，另一端与时基芯片（NE555）的正电源电压端连接；时基芯片（NE555）的输出端串联第四电容（C4-B）后连接变压器（T1-B）初级线圈的一端，变压器（T1-B）初级线圈的另一端接地，第五电容（C5-B）并联在变压器（T1-B）初级线圈的两端；变压器（T1-B）次级线圈的两端分别作为位移测量电路的第一输入端（ViA-B）和第二输入端（ViB-B），第二二极管（D2-B）、第一可调电阻（W1-B）、第三二极管（D3-B）串联后并联在变压器（T1-B）次级线圈的两端，第一可调电阻（W1-B）的调整端连接下拉的第六电容（C6-B）并串联第三电阻（R3-B）后连接运算放大器（LM358A）的反相输入端；运算放大器（LM358A）的同相输入端连接下拉的第四电阻（R4-B），运算放大器（LM358A）的负电源端连接下拉的第七电容（C7-B）并连接-12V电压，运算放大器（LM358A）的正电源端连接下拉的第八电容（C8-B）并连接+12V电压，运算放大器（LM358A）的输出端连接第二可调电阻（W2-B）的一端，第二可调电阻（W2-B）的另一端与其调整端连接，并串联第五电阻（R5-B）后与运算放大器（LM358A）反相输入端连接，运算放大器（LM358A）的输出端连接第六电阻（R6-B）的一端，第六电阻（R6-B）的另一端连接下拉的第九电容（C9-B），并作为位移测量电路的输出端（Vo-B）。