CN103438908A - 差动变压传感器的次级信号处理电路 - Google Patents

Abstract

差动变压传感器的次级信号处理电路，本发明涉及差动变压传感器的次级信号处理电路。它为了解决现有的差动变压传感器左右线圈次级初始感应电压存在误差值，导致难以找到焊缝的中心位置的问题。本发明将变压器的次级电压信号通过第一电位器进行粗调，在平整金属板的条件下，使左右线圈输入信号差值尽可能小。信号通过第一运算放大器第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器处理后使差值放大；经过隔直电容和电容进行全波整流，整流后进行积分处理。最后再经过第二电位器进行细调，使在上述条件下左右线圈反映位置的电压差值为零，提高差动变压器的焊缝跟踪精度。本发明应用于焊缝跟踪等领域。

Description

差动变压传感器的次级信号处理电路

技术领域

本发明涉及一种信号处理电路。

背景技术

在差动变压器传感器的焊缝跟踪过程控制中，由于现场需要差动变压传感器尺寸较小，绕线直径较细，因此需要绕制的线圈匝数较多。人工用绕线机绕制后很难保证左右线圈匝数完全相等，不能精确保证在左右位置相同情况下，差动变压传感器左右线圈次级初始感应电压相等，即反映左右位置电压信号存在误差值。该误差值使差动变压传感器难以找到焊缝的中心位置，进而影响差动变压器传感器的焊缝跟踪过程控制。

发明内容

本发明为了解决现有的差动变压传感器左右线圈次级初始感应电压存在误差值，导致难以找到焊缝的中心位置的问题，从而提出了差动变压传感器的次级信号处理电路。

差动变压传感器的次级信号处理电路包括电阻R1至电阻R24、电容C1至电容C5、第一电位器、第二电位器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，

电阻R1的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的一端连接，

第一运算放大器的正相输入端与电阻R1的一端连接，

电阻R1的另一端接电源地，

第一运算放大器的负相输入端同时接电阻R2的一端和电阻R3的一端，

电阻R2的另一端接电容C1的一端，

第一运算放大器的双相电源负极接-12V电源，

第一运算放大器的双相电源正极接12V电源，

电阻R3的另一端同时接第一运算放大器的输出端和电容C2的一端，

电容C2的另一端接电阻R5的一端，

电阻R5的另一端同时接电阻R7的一端和电阻R12的一端；

第一电位器的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的另一一端连接，

第一电位器的另一端接电源地，

第一电位器的可调端接第二运算放大器的正相输入端，

第二运算放大器的双相电源负极接-12V电源，

第二运算放大器的双相电源正极接12V电源，

第二运算放大器的负相输入端同时接电容C1的另一端和电阻R4的一端，

电阻R4的另一端接第二运算放大器的输出端和电容C3的一端，

电容C3的另一端接电阻R6的一端，

电阻R6的另一端同时接电阻R9的一端和电阻R16的一端；

电阻R7的另一端同时接第一二极管的阴极、电阻R11的一端和第三运算放大器的负相输入端，

第一二极管的阳极同时接第三运算放大器的输出端和第二二极管的阴极，

第三运算放大器的正相输入端接电阻R8的一端，

电阻R8的另一端接电源地，

第二二极管的阳极同时接电阻R11的另一端和电阻R13的一端，

电阻R13的另一端同时接电阻R12的另一端、电容C4的一端、电阻R19的一端和第五运算放大器的负相输入端，

第五运算放大器的正相输入端接电阻R14的一端，

电阻R14的另一端接电源地，

第五运算放大器的输出端同时接电阻R19的另一端、电容C4的另一端和电阻R21的一端，

电阻R21的另一端同时接电阻R23的一端和第七运算放大器的正相输入端，

电阻R23的另一端接电源地，

第七运算放大器的负相输入端同时接第七运算放大器的输出端和输出接口；

电阻R9的另一端同时接电阻R15的一端、第三二极管的阴极和第四运算放大器的负相输入端，

第三二极管的阳极同时接第四运算放大器的输出端和第四二极管的阴极，

第四运算放大器的正相输入端接电阻R10的一端，

电阻R10的另一端接电源地，

第四二极管的阳极同时接电阻R15的另一端和电阻R17的一端，

电阻R17的另一端同时接电阻R16的另一端、电阻R20的一端、电容C5的一端和第六运算放大器的负相输入端，

第六运算放大器的正相输入端接电阻R18的一端，

电阻R18的另一端接电源地，

第六运算放大器的输出端同时接电阻R20的另一端、电阻R22的一端和电容C5的另一端，

电阻R22的另一端同时接电阻R24的一端和第八运算放大器的正相输入端，

电阻R24的另一端接电源地，

第八运算放大器的负相输入端同时接第八运算放大器的输出端和第二电位器的一端，

第二电位器的可调端和另一端同时接输出接口。

第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器均采用型号为LM2902的运算放大器。

第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器均采用型号为OPA4277的运算放大器。

本发明所述的差动变压传感器的次级信号处理电路通过两级调节电位器阻值，弥补制造工艺上的不足，消除因左右线圈匝数不等而造成反映左右位置的电压信号初始误差。同时又对次级信号分别进行放大、滤波、整流、积分等处理，为后续采集信号，准确跟踪做好准备，从而提高了差动变压跟踪器的使用精度和灵敏性。可将微弱的次级信号进行放大，移动1mm位移将会有40mV的信号，经过放大后可达2V。

附图说明

图1为差动变压传感器的次级信号处理电路的电路图，

图2为差动变压传感器的次级信号处理的流程图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的差动变压传感器的次级信号处理电路包括电阻R1至电阻R24、电容C1至电容C5、第一电位器P1、第二电位器P2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第四运算放大器U4、第五运算放大器U5、第六运算放大器U6、第七运算放大器U7和第八运算放大器U8，

电阻R1的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的一端连接，

第一运算放大器U1的正相输入端与电阻R1的一端连接，

电阻R1的另一端接电源地，

第一运算放大器U1的负相输入端同时接电阻R2的一端和电阻R3的一端，

电阻R2的另一端接电容C1的一端，

第一运算放大器U1的双相电源负极接-12V电源，

第一运算放大器U1的双相电源正极接12V电源，

电阻R3的另一端同时接第一运算放大器U1的输出端和电容C2的一端，

电容C2的另一端接电阻R5的一端，

电阻R5的另一端同时接电阻R7的一端和电阻R12的一端；

第一电位器P1的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的另一一端连接，

第一电位器P1的另一端接电源地，

第一电位器P1的可调端接第二运算放大器U2的正相输入端，

第二运算放大器U2的双相电源负极接-12V电源，

第二运算放大器U2的双相电源正极接12V电源，

第二运算放大器U2的负相输入端同时接电容C1的另一端和电阻R4的一端，

电阻R4的另一端接第二运算放大器U2的输出端和电容C3的一端，

电容C3的另一端接电阻R6的一端，

电阻R6的另一端同时接电阻R9的一端和电阻R16的一端；

电阻R7的另一端同时接第一二极管D1的阴极、电阻R11的一端和第三运算放大器U3的负相输入端，

第一二极管D1的阳极同时接第三运算放大器U3的输出端和第二二极管D2的阴极，

第三运算放大器U3的正相输入端接电阻R8的一端，

电阻R8的另一端接电源地，

第二二极管D2的阳极同时接电阻R11的另一端和电阻R13的一端，

电阻R13的另一端同时接电阻R12的另一端、电容C4的一端、电阻R19的一端和第五运算放大器U5的负相输入端，

第五运算放大器U5的正相输入端接电阻R14的一端，

电阻R14的另一端接电源地，

第五运算放大器U5的输出端同时接电阻R19的另一端、电容C4的另一端和电阻R21的一端，

电阻R21的另一端同时接电阻R23的一端和第七运算放大器U7的正相输入端，

电阻R23的另一端接电源地，

第七运算放大器U7的负相输入端同时接第七运算放大器U7的输出端和输出接口；

电阻R9的另一端同时接电阻R15的一端、第三二极管D3的阴极和第四运算放大器U4的负相输入端，

第三二极管D3的阳极同时接第四运算放大器U4的输出端和第四二极管D4的阴极，

第四运算放大器U4的正相输入端接电阻R10的一端，

电阻R10的另一端接电源地，

第四二极管D4的阳极同时接电阻R15的另一端和电阻R17的一端，

电阻R17的另一端同时接电阻R16的另一端、电阻R20的一端、电容C5的一端和第六运算放大器U6的负相输入端，

第六运算放大器U6的正相输入端接电阻R18的一端，

电阻R18的另一端接电源地，

第六运算放大器U6的输出端同时接电阻R20的另一端、电阻R22的一端和电容C5的另一端，

电阻R22的另一端同时接电阻R24的一端和第八运算放大器U8的正相输入端，

电阻R24的另一端接电源地，

第八运算放大器U8的负相输入端同时接第八运算放大器U8的输出端和第二电位器P2的一端，

第二电位器P2的可调端和另一端同时接输出接口。

本实施方式的信号处理过程如下，如图1和图2所示，将变压器的次级电压信号通过第一电位器P1进行粗调，在平整金属板的条件下，使左右线圈输入信号差值尽可能小。信号通过第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4处理后使差值放大；经过隔直电容C2和电容C3进行全波整流，整流后进行积分处理。最后再经过第二电位器P2进行细调，使在上述条件下左右线圈反映位置的电压差值为零，提高差动变压器的焊缝跟踪精度。

当左右线圈感应左右位置条件相同时或跟踪前初始位置确定。左右线圈感应电压信号分别从输入接口进入，线圈匝数多的一端连接第一电位器P1的一个固定端，通过第一电位器P1粗调节电位器阻值，使在平整金属板条件下左右线圈感应电压差值尽可能要小，即第一运算放大器U1和第二运算放大器U2的正相输入端之间电压差值尽可能的减小。接着两路信号进行差动放大，差动放大倍数可根据需要调整电阻R2、电阻R3、电阻R4的值及电容C1的复阻抗来确定，同时信号放大后通过电容C2和C3进行隔直处理。

隔直后的信号进入全波整流阶段。差动信号分别进入第三运算放大器U3和第四运算放大器U4，经过第三运算放大器U3和第四运算放大器U4的处理，第五运算放大器U5和第六运算放大器U6的负相输入端输出为全是正值的正弦波波形。接着通过积分电路将半波拉直，转换成稳定的直流信号。在上述条件下比较两路电压差值，细调节第二电位器P2阻值，并从输出接口输出信号，使差值输出为零。

当左右线圈感应条件不同时即跟踪过程，左右线圈就会感应出电压分别为U1和U2。U1和U2从输入接口进入，U1和U2的差值经第一运算放大器U1和第二运算放大器U2进行差动放大，放大电压倍数计算公式为：

$\mathrm{\β}=\frac{U1-U2}{R2+Z1}\×(R3+R2+R4+Z1),$

其中，Z1为电容复阻抗。

如上所述，放大后电压差值经电容C2和C3进行隔直处理，处理后进入全波整流阶段，接着积分拉直，完成对交流信号转换成稳定的直流信号，从输出接口输出。将很小的差值信号放大，即可反映出差动变压传感器的位置变化，从而进行焊缝跟踪控制。

具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的差动变压传感器的次级信号处理电路的区别在于，第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4均采用型号为LM2902的运算放大器。

本实施方式所采用的LM2902运算放大器，其特点为体积小，适应温度范围宽，同时为单双电源供电。

具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式一所述的差动变压传感器的次级信号处理电路的区别在于，第五运算放大器U5、第六运算放大器U6、第七运算放大器U7和第八运算放大器U8均采用型号为OPA4277的运算放大器。

本发明为提高焊缝跟踪精度，在差动变压传感器左右线圈匝数不等的情况下，反映左右位置电压信号经过信号处理电路两级调整后，在焊缝中心位置时使其线圈在左右位置电压信号差值为零。

Claims (3)

1.差动变压传感器的次级信号处理电路，其特征在于：它包括电阻R1至电阻R24、电容C1至电容C5、第一电位器（P1）、第二电位器（P2）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二极管（D3）、第四二极管（D4）、第一运算放大器（U1）、第二运算放大器（U2）、第三运算放大器（U3）、第四运算放大器（U4）、第五运算放大器（U5）、第六运算放大器（U6）、第七运算放大器（U7）和第八运算放大器（U8），

电阻R1的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的一端连接，

第一运算放大器（U1）的正相输入端与电阻R1的一端连接，

电阻R1的另一端接电源地，

第一运算放大器（U1）的负相输入端同时接电阻R2的一端和电阻R3的一端，

电阻R2的另一端接电容C1的一端，

第一运算放大器（U1）的双相电源负极接-12V电源，

第一运算放大器（U1）的双相电源正极接12V电源，

电阻R3的另一端同时接第一运算放大器（U1）的输出端和电容C2的一端，

电容C2的另一端接电阻R5的一端，

电阻R5的另一端同时接电阻R7的一端和电阻R12的一端；

第一电位器（P1）的一端通过输入接口与差动变压传感器的次级电压信号的另一一端连接，

第一电位器（P1）的另一端接电源地，

第一电位器（P1）的可调端接第二运算放大器（U2）的正相输入端，

第二运算放大器（U2）的双相电源负极接-12V电源，

第二运算放大器（U2）的双相电源正极接12V电源，

第二运算放大器（U2）的负相输入端同时接电容C1的另一端和电阻R4的一端，

电阻R4的另一端接第二运算放大器（U2）的输出端和电容C3的一端，

电容C3的另一端接电阻R6的一端，

电阻R6的另一端同时接电阻R9的一端和电阻R16的一端；

电阻R7的另一端同时接第一二极管（D1）的阴极、电阻R11的一端和第三运算放大器（U3）的负相输入端，

第一二极管（D1）的阳极同时接第三运算放大器（U3）的输出端和第二二极管（D2）的阴极，

第三运算放大器（U3）的正相输入端接电阻R8的一端，

电阻R8的另一端接电源地，

第二二极管（D2）的阳极同时接电阻R11的另一端和电阻R13的一端，

电阻R13的另一端同时接电阻R12的另一端、电容C4的一端、电阻R19的一端和第五运算放大器（U5）的负相输入端，

第五运算放大器（U5）的正相输入端接电阻R14的一端，

电阻R14的另一端接电源地，

第五运算放大器（U5）的输出端同时接电阻R19的另一端、电容C4的另一端和电阻R21的一端，

电阻R21的另一端同时接电阻R23的一端和第七运算放大器（U7）的正相输入端，

电阻R23的另一端接电源地，

第七运算放大器（U7）的负相输入端同时接第七运算放大器（U7）的输出端和输出接口；

电阻R9的另一端同时接电阻R15的一端、第三二极管（D3）的阴极和第四运算放大器（U4）的负相输入端，

第三二极管（D3）的阳极同时接第四运算放大器（U4）的输出端和第四二极管（D4）的阴极，

第四运算放大器（U4）的正相输入端接电阻R10的一端，

电阻R10的另一端接电源地，

第四二极管（D4）的阳极同时接电阻R15的另一端和电阻R17的一端，

电阻R17的另一端同时接电阻R16的另一端、电阻R20的一端、电容C5的一端和第六运算放大器（U6）的负相输入端，

第六运算放大器（U6）的正相输入端接电阻R18的一端，

电阻R18的另一端接电源地，

第六运算放大器（U6）的输出端同时接电阻R20的另一端、电阻R22的一端和电容C5的另一端，

电阻R22的另一端同时接电阻R24的一端和第八运算放大器（U8）的正相输入端，

电阻R24的另一端接电源地，

第八运算放大器（U8）的负相输入端同时接第八运算放大器（U8）的输出端和第二电位器（P2）的一端，

第二电位器（P2）的可调端和另一端同时接输出接口。

2.根据权利要求1所述的差动变压传感器的次级信号处理电路，其特征在于：第一运算放大器（U1）、第二运算放大器（U2）、第三运算放大器（U3）和第四运算放大器（U4）均采用型号为LM2902的运算放大器。

3.根据权利要求1所述的差动变压传感器的次级信号处理电路，其特征在于：第五运算放大器（U5）、第六运算放大器（U6）、第七运算放大器（U7）和第八运算放大器（U8）均采用型号为OPA4277的运算放大器。

Images