CN105277734B - 双通道电涡流转速传感器及其控制方法、使用方法 - Google Patents
双通道电涡流转速传感器及其控制方法、使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种双通道电涡流转速传感器及控制方法、使用方法，所述传感器包括了PCB线圈电路板，以及为线圈电路板提供高频电流信号和对PCB线圈电路板的反馈信号进行处理的信号调理电路板；所述信号调理电路板为两块；所述两块信号调理电路板平行设置，所述PCB线圈电路板设置在信号调理电路板的一端；所述PCB线圈电路板和信号调理电路板固定在传感器壳体内。本发明具有抗电磁场、抗无线电干扰，两路测量通道信号间满足特定的相位差，小型化，适合批量生产的特点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，更具体地，涉及一种双通道电涡流转速传感器及其控制方法、使用方法。
背景技术
电涡流传感器的工作机理是电涡流效应，当通有高频电流信号的电涡流传感器线圈靠近金属表面时，在金属表面产生相应的高频电涡流信号，这个高频电涡流信号反作用于传感器的线圈，使传感器线圈中电流信号的幅值和相位发生改变，距离越近，电涡流效应越强，传感器线圈中电流信号的幅值下降也越大。电涡流转速传感器就是通过电涡流效应检测传感器线圈与转动的齿轮或键槽间的距离变化来实现转速测量的。电涡流传感器主要用于非接触的转速、位移测量以及旋转的机械的振动监测与分析，灵敏度和分辨率高，频响宽，长期工作可靠性好。
目前许多行业需要应用到转速传感器，对转速传感器的要求越来越高。
如高速铁路机车和城市轨道交通车辆领域，转速传感器应用于列车控制系统、牵引系统和制动系统，其应用领域均为机车的核心领域，任何一个应用领域出现速度信号异常均将极大的影响机车的安全运行，因此在高铁和城轨领域应用的转速传感器，对其产品信号输出的稳定性和可靠性提出了极高的要求，也决定了产品的生产工艺必须较传统同类产品有极大的提升。一般采用的是双通道霍尔转速传感器和磁电式转速传感器，还要求两个转速通道间满足一定的相位关系（一般为 90°），对于两个检测通道的装配位置有极高的要求。而此两种传感器具有以下缺陷：
（1）这两种转速传感器内部含有磁铁部件，使用过程中传感器表面容易吸附导磁性物质，如铁灰或铁屑等，影响传感器工作，不能做到免维护，对工作环境要求高；
（2）而且抗电磁场、无线电干扰能力差；
（3）现有的双通道转速传感器通常为双通道霍尔转速传感器、双通道磁电式转速传感器，很难作到小型化。
同时，传统电涡流传感器使是用漆包线绕制成的线圈，由于制作工艺的缺陷，绕制的线圈参数差异较大，线圈结构容易变形、一致性差，不适宜批量生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双通道电涡流转速传感器，所述双通道电涡流转速传感器能检测测速齿轮的旋转方向，免维护，并且抗外界干扰能力强，适合恶劣环境使用。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种双通道电涡流转速传感器，包括了PCB线圈电路板，以及为线圈电路板提供高频电流信号和对PCB线圈电路板的反馈信号进行处理的信号调理电路板；所述信号调理电路板为两块；所述两块信号调理电路板平行设置，所述PCB线圈电路板设置在信号调理电路板的一端；所述PCB线圈电路板和信号调理电路板固定在传感器壳体内。
所述PCB线圈电路板，制造工艺较传统线圈工艺，参数精度更高，且适合批量生产，简化了所述双通道电涡流转速传感器的制造难度，提高了测量精度。
所述PCB线圈电路板和信号调理电路板通过嵌套结构和连接件组合成一个整体固定在传感器壳体内。
PCB线圈电路板包含有两个线圈，为第一线圈和第二线圈；所述线圈为N匝；所述线圈绕成圆形、方形或者多边形的一种或多种；所述线圈直径根据安装空间和间隙要求的不同而不同，可以根据生产的不同需要进行选择。
优选地，所述两块信号调理电路板上设有信号调理电路；所述信号调理电路进行了EMC抗干扰处理；所述信号调理电路采用定频调幅测量。通过定频调幅的测量，选择固定的频率进行传输，滤除干扰。采用定频调幅式电涡流检测技术，可以提高传感器的可靠性，增强传感器抗外界干扰的能力。
所述信号调理电路包括电源电路单元、高频激励电路单元、信号检测通道单元、信号放大电路单元、信号转换电路单元；
所述电源电路单元，为各电路单元提供所需的工作电压；
所述高频激励电路单元，PCB线圈电路板提供高频电流信号；
所述信号检测通道单元，接收PCB线圈电路板的反馈信号并进行信号处理；
所述信号放大电路单元，对信号检测通道单元的信号进行信号放大处理；
所述信号转换电路单元，将放大处理后的信号进行信号转换后输出测量信号。
优选地，所述两块信号调理电路板分为第一信号调理电路板和第二信号调理电路板；所述信号检测通道单元为两个，分别为第一信号检测通道单元和第二信号检测通道单元；所述第一信号调理电路板上集成了电源电路单元、高频激励电路单元和第一信号检测通道单元 ；所述第二信号调理板上集成了第二信号检测通道单元、信号放大电路单元和信号转换电路单元；所述两块信号调理电路板间通过连接件进行通讯。通过信号调理电路单元在两块信号调理电路板上的合理分布，两个检测通道共用电源电路单元、高频激励电路单元、信号放大电路单元和信号转换电路单元，既能实现双通道控制，又简化了硬件单元，节约了空间。
优选地，所述传感器的输出信号为两个通道信号，所述两个测量通道信号的相位关系因PCB线圈与被测物体的相对位置的不同而不同；所述输出信号为四路转速信号，分别为两个通道的同步信号和反相信号。这样通过改变PCB线圈与被测物体的相对位置，可以满足实际情况中对两个测量通道信号间位特定的相位差的需求。
所述传感器壳体的内部填充并包裹有电子密封胶。
本发明的另一目的，在于提供一种双通道电涡流转速传感器的控制方法。
一种双通道电涡流转速传感器的控制方法，应用上述的双通道电涡流转速传感器，其步骤为：
S1.位于第一信号调理电路板上的电源电路单元和高频激励电路单元分别给第一信号调理电路板和第二信号调理电路板提供电源和高频激励信号；
S2. 反馈信号的采集和处理由双通道控制，分别为第一信号检测通道单元采集并处理PCB线圈电路板上第一线圈感应的信号，第二信号检测通道单元采集并处理PCB线圈电路板上第二线圈感应的信号；所述两路信号同时进入第二信号调理电路板上进行放大和信号转换。
此外，本发明的另一目的，在于提供一种双通道电涡流转速传感器的使用方法。
一种使用上述双通道电涡流转速传感器的方法，进行速度测量前，将传感器壳体安装在被测物体的径向位置，传感器壳体PCB线圈电路板所在端的端部与被测物体之间留有间隙。
发明的有益效果：
本发明通过采用定频调幅式电涡流检测技术，抗电磁干扰能力强，受外界环境影响程度很小，且克服了两路电涡流通道间信号互相干扰，同时克服了传感器表面容易吸附导磁性物质，如铁灰或铁屑等，影响传感器工作，不能做到免维护，对工作环境要求高的缺陷；通过对硬件单元的合理设计和布局，使得有限的空间内集成两路电涡流测量电路，实现了小型化；通过对信号调理电路板和线圈数量和空间位置的控制，使得能够方便的获取二路速度通道间的相位差，测出速度的大小和方向；另外采用工艺成熟的PCB电路板工艺制作的线圈代替传统的使用漆包线绕制成的线圈，能有效的保证线圈参数的一致性和线圈结构的稳定性，提升了产品的生产效率，满足批量生产的要求。
本发明不仅可以运用到高速铁路机车和城市轨道交通车辆领域，其他对金属转速进行测量的领域也适用。因此，具有重要的实际应用推广价值。
附图说明
图1是实施例1的组成结构示意图；
图2是实施例1的PCB线圈电路板示意图；
图3是实施例1的工作原理示意图；
图4是实施例1的相位调整示意图；
图5是实施例1的输出信号示意图；
图6为实施例1的安装使用的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
如图1和2所示， 一种双通道电涡流转速传感器，包括第一信号调理电路板5和第二信号调理电路板6和一块PCB线圈电路板7；第一信号调理电路板5和第二信号调理电路板6分成两层平行设置，PCB线圈电路板7设置在两块信号调理电路板的一端，所述三块电路板通过互嵌套结构10和连接件组合成一个整体，固定在不锈钢材质的传感器壳体内。
如图2所示，所述PCB线圈电路板7上设有两个绕成圆形的线圈，每个线圈N匝；所述两个线圈分别为第一线圈8和第二线圈9。所述线圈直径根据安装空间和间隙要求的不同而不同。所述PCB线圈电路板的覆铜厚度可以适当加厚，以提高线圈品质因数。
所述信号调理电路板上集成了信号调理电路单元。所述信号调理电路单元进行了EMC抗干扰处理，采用定频调幅测量，避免外界电磁波的干扰。所述信号调理电路单元包括电源电路单元、高频激励电路单元和信号检测通道单元、信号放大电路单元和信号转换电路单元。
如图3所示，第一信号调理电路板5包含有电源电路单元、高频激励电路单元和第一信号检测通道单元；第二信号调理电路板6包含有第二信号检测通道单元、信号放大电路单元和信号转换电路单元。
其中电源电路单元和高频激励电路单元分别给第一信号调理电路板5和第二信号调理电路板6提供电源和高频激励信号，信号通过连接件从第一信号调理电路板5引到第二信号调理电路板6。当金属被测物体，如转动的齿轮或键槽2靠近通有高频电流信号的电涡流传感器线圈时，在被测物体2表面产生相应的高频电涡流信号，这个高频电涡流信号反作用于传感器的第一线圈8和第二线圈9，使传感器第一线圈8和第二线圈9中电流信号的幅值和相位发生改变。
所述双通道电涡流传感器通过两个转速通道对转速进行采集和处理。一个通道为：第一信号调理电路板5上的第一信号检测通道单元采集和处理第一线圈8感应到的反馈信号，通过连接件进入到第二信号采集电路板6上的信号放大电路单元和信号转换电路单元，进行信号放大和转换处理后，输出两路信号A和非A。
另一个通道为：第二信号调理电路板6上的第二信号检测通道单元采集和处理第二线圈9感应到的反馈信号，通过第二信号调理电路板6上的信号放大电路单元和信号转换电路单元进行信号放大和转换处理后，输出两路信号B和非B。
两个通道同时进行工作。通过设置两块信号调理电路板的物理间距和以倍频错开两个通道的频率，来避免两个通道之间信号的相互干扰。
如图4所示，通过调整PCB线圈电路板和被测物体2的间距来设定两个通道输出信号的相位关系。
如图5至6所示，信号A和非A，信号B和非B，分别为两个转速通道输出的同步信号和相反信号，两个转速通道间相位差为90度，由此可以获得转速的大小和方向3。
图6为所述双通道电涡流传感器的安装使用的示意图，进行速度测量前，将传感器壳体1安装在被测物体2的径向位置，壳体前端即PCB线圈电路板所在端的端部与被测物体2之间留有间隙4。
本发明具有抗电磁场、抗无线电干扰，两路测量通道信号间满足特定的相位差，小型化，适合批量生产的特点。本发明已试制出样件，并通过实验、模拟测试，证明可行。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双通道电涡流转速传感器，其特征在于，包括了PCB线圈电路板，以及为PCB线圈电路板提供高频电流信号和对PCB线圈电路板的反馈信号进行处理的信号调理电路板；所述信号调理电路板为两块；所述两块信号调理电路板平行设置，所述PCB线圈电路板包括线圈，所述PCB线圈电路板设置在信号调理电路板的一端；所述PCB线圈电路板和信号调理电路板固定在传感器壳体内；
所述信号调理电路板上设有信号调理电路；所述信号调理电路包括电源电路单元、高频激励电路单元、信号检测通道单元、信号放大电路单元、信号转换电路单元；
所述电源电路单元，为各电路单元提供所需的工作电压；
所述高频激励电路单元，用于向PCB线圈电路板提供高频电流信号；
所述信号检测通道单元，接收PCB线圈电路板的反馈信号并进行信号处理；
所述信号放大电路单元，对信号检测通道单元的信号进行信号放大处理；
所述信号转换电路单元，将放大处理后的信号进行信号转换后输出测量信号；
所述两块信号调理电路板分为第一信号调理电路板和第二信号调理电路板；所述信号检测通道单元为两个，分别为第一信号检测通道单元和第二信号检测通道单元；所述第一信号调理电路板上集成了电源电路单元、高频激励电路单元和第一信号检测通道单元；所述第二信号调理板上集成了第二信号检测通道单元、信号放大电路单元和信号转换电路单元；所述两块信号调理电路板间通过连接件进行通讯。
2.根据权利要求1所述的双通道电涡流转速传感器，其特征在于，所述PCB线圈电路板和信号调理电路板通过嵌套结构和连接件组合成一个整体固定在传感器壳体内。
3.根据权利要求1所述的双通道电涡流转速传感器，其特征在于，PCB线圈电路板包含有两个线圈，为第一线圈和第二线圈；所述线圈为N匝；所述线圈绕成圆形、方形或者多边形的一种或多种；所述线圈直径根据安装空间和间隙要求的不同而不同。
4.根据权利要求1所述的双通道电涡流转速传感器，其特征在于，所述信号调理电路进行了EMC抗干扰处理，采用定频调幅测量。
5.根据权利要求1所述的双通道电涡流转速传感器，其特征在于，所述传感器的输出测量信号为两个通道信号，所述两个通道信号的相位关系根据所述线圈与被测物体相对位置设置的不同而不同；所述输出测量信号为四路转速信号，分别为两个通道的同步信号和反相信号。
6.根据权利要求1所述的双通道电涡流转速传感器，其特征在于，所述传感器壳体的内部填充并包裹有电子密封胶。
7.一种应用了权利要求1至6任一项所述的双通道电涡流转速传感器的控制方法，其特征在于，其步骤为：
S1.位于第一信号调理电路板上的电源电路单元和高频激励电路单元分别给第一信号调理电路板和第二信号调理电路板提供电源和高频激励信号；
S2.反馈信号的采集和处理由双通道控制，分别为第一信号检测通道单元采集并处理PCB线圈电路板上第一线圈感应的信号，第二信号检测通道单元采集并处理PCB线圈电路板上第二线圈感应的信号；所述两路信号同时进入第二信号调理电路板上进行放大和信号转换。
8.一种使用权利要求1至6任一项所述的双通道电涡流转速传感器的方法，其特征在于，进行速度测量前，将传感器壳体安装在被测物体的径向位置，传感器壳体PCB线圈电路板所在端的端部与被测物体之间留有间隙。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Dong Jiaduan 412002 in Hunan province Zhuzhou city Lusong District Patentee after: AECC HUNAN AVIATION POWERPLANT Research Institute Country or region after: China Address before: Dong Jiaduan 412002 in Hunan province Zhuzhou city Lusong District Patentee before: CHINA AVIATION POWER MACHINERY INSTITUTE Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |