CN105807142B - 一种传感器检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种传感器检测电路，包括第一振荡电路及与其相连的第一门控电路；还包括第二振荡电路及与其相连的第二门控电路；所述第一振荡电路和第二振荡电路的构造相同；所述第一门控电路和第二门控电路的构造相同；还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的输出相连的减法器电路；所述减法器电路的输出为整个电路的输出。解决了变频检测电路的频率稳定性问题，同时又不影响电容或电感传感器的正常检测，稳定性强，不易受外界影响干扰，电路结构较简单且实用。

Description

一种传感器检测电路
技术领域
本发明涉及一种传感器检测电路，特别是涉及一种适用于对电容和电感传感器的检测电路的传感器检测电路。
背景技术
在电容、电感传感器的检测电路中，检测电路可分成电桥式检测电路、二极管双T形式检测电路、运算放大器式检测电路、差动脉冲调宽式检测电路和调频式检测电路。各种检测电路有各自的特点和要求，但检测灵敏度最高的要数变频检测电路。变频检测电路具有如下的一些优点：
①灵敏度高，可测至0.01μm级位移变化量，甚至更高。
②频率输出易于得到数字输出，而不需用A/D转换器；
③能获得高电平(伏特级)直流信号，抗干扰能力强。可以发送，接收实现遥测遥控。
④电路复杂，须采取稳频措施；电路输出非线性较大。
如上分析，结论如下：
(1)各种检测电路有各自的特点。
(2)各种检测电路也有各自的条件要求。当不满足这些条件要求时，检测误差增大，甚至不能检测。
(3)这些检测电路中，检测精度最高的要数变频检测电路。并且其输出量直接就是数字量。
(4)变频检测电路有许多突出的优点，但条件要求苛刻，对频率的稳定性要求非常高。尤其待检测量变化时电容(电感)量也要变化，其振荡频率也随之而变化，但其他非检测因素也会引起较大变化，使检测误差很大，检测精度严重下降。采用晶振或反馈环技术，可使频率的稳定高，但被检测量变化也不会引起晶振或反馈环技术的输出有任何的变化，即不能进行检测。这就是限制变频检测电路应用的最大瓶颈问题，也是应用较少的原因。
1、影响变频检测电路的因素分析
(1)温度变化的影响
变频检测电路的振荡回路中所有的元器件都受到温度的影响，温度使所有的物质服从于“热胀冷缩(或冷胀热缩)的规律，当温度升高时，电阻，电容，电感等电路的基本元器件的线度就要发生变化，使其基本特性变化，比如电容，当温度T升高，则：T↑→S↑→d↓→C↑，电路中的非线性元器件的各种参数也会发生很大的变化，这些变化都会影响振荡频率的稳定性。
(2)电源波动的影响
首先电源波动会使非线性元件的工作点变化，同时也会影响非线性元件的输入电容产生微小的变化，这是因为非线性元件大多具有PN结，电源波动会影响PN结的势垒电容微小的变化。这都使电路的分布电容Ci发生变化，从而使振荡频率变化。其次电源波动会使RC，LC的充放电时间常数变化，直接影响振荡频率。
(3)时间的影响
随着时间的延长，构成基本元器件的金属会慢慢被腐蚀变薄，介质会逐渐老化，这些都会使基本元器件的特性变化，如电容量、电感量、电阻值、晶体管的放大倍数、输入电阻等微小变化。显然都会影响振荡频率。另外外界环境如电磁干扰，压强变化等等都应考虑。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种稳定性强，不易受外界影响干扰，电路结构较简单、实用的传感器检测电路。
根据背景技术部分对频率影响的分析可得出：
对同一个位置，同一个瞬时，同样的元器件，上述的各种影响应是相同的。即各种影响量的大小和正负符号是相同的。都属于电子技术中的共模信号，若设上述的各种影响对振荡频率产生一个变化量Δf。利用物理实验中的消去法原理，即差动电路的设计方法则可以解决变频检测技术中的最大难题，即检测过程中频率高度稳定的问题。
本专利设置两套对称的振荡电路(第一振荡电路、第二振荡电路)，振荡电路的元器件构造相同，相互对称，其振荡频率分别为f1、f2，对同一个位置，同一个瞬时，同样的元器件，上述的各种影响应是相同的都属于共模信号，若设上述的各种影响对振荡频率f1、f2，由于相互对称，都产生一个变化量Δf。利用消去法，两者取差值，则
f＝(f1+Δf)-(f2+Δf)＝f1-f2
可见式中并没有各种影响产生的变化量Δf，表明各种影响都不影响频率了。而且，对最简单的、最好调节的LC振荡电路也适用。
本发明采用的技术方案如下：一种传感器检测电路，其特征在于：包括第一振荡电路及与其相连的第一门控电路；还包括第二振荡电路及与其相连的第二门控电路；所述第一振荡电路和第二振荡电路的构造相同；所述第一门控电路和第二门控电路的构造相同；还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的输出相连的减法器电路；所述减法器电路的输出为整个电路的输出。
作为优选，还包括连接于第一振荡电路与第一门控电路之间的第一频-数转换电路，和连接于第二振荡电路和第二门控电路之间的第二频-数转换电路；所述第一频-数转换电路和第二频-数转换电路的构造相同。
作为优选，还包括与各个电路的电源端相连的稳压电路。
作为优选，还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的控制端相连的时基电路。
作为优选，所述时基电路的时基信号可调。
作为优选，还包括与时基电路相连的时基选择电路，包括三端开关S及分别与三端开关S一一对应相连的第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述三个电容又分别与地相连。
作为优选，所述第一振荡电路和第二振荡电路分别为一个555时基电路；所述第一门控电路和第二门控电路分别为一个与非门。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了变频检测电路的频率稳定性问题，同时又不影响电容或电感传感器的正常检测。灵敏度高，可测至0.01μm级位移变化量；对变间歇式的电容传感器的非线性问题，采用多谐振荡器式则可以得到线性输出；输出的是数字数字输出，易于与计算机直接相连，而不需用A/D转换器；能获得高电平(伏特级)信号，抗干扰能力强；可以发送，接收实现遥测遥控。
附图说明
图1为本发明具体实施例一的原理示意图。
图2为本发明具体实施例二的原理示意图。
图3为本发明具体实施例七的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
具体实施例一
如图1所示的传感器检测电路，适用于一般多谐振荡器的检测电路，包括第一振荡电路及与其相连的第一门控电路；还包括第二振荡电路及与其相连的第二门控电路；所述第一振荡电路和第二振荡电路的构造相同；所述第一门控电路和第二门控电路的构造相同；还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的输出相连的减法器电路；所述减法器电路的输出为整个电路的输出。
对于一般多谐振荡器的检测电路，振荡电路产生的是脉冲波，不需要频-数转换电路，其外接电容Cx为电容传感器，Cs为结构与Cx完全一样的固定电容；采用Cs、Cx构成的差动电容传感器还可以使检测灵敏度再高一倍，同时还可使输出线性得到改善。由于振荡频率：N1＝F≈1/2.2RC＝1/2.2R(εS/δ)＝δ/2.2RεS，可见F∝δ，输出N＝N1-N2＝(δ1-δ2)/(2.2RεS)＝(δ1-δ2)/K，即变间隙式电容传感器的输出也完全成线性关系。
具体实施例二
在具体实施例一的基础上，如图2所示，适用于一般LC正弦波振荡器的检测电路。还包括连接于第一振荡电路与第一门控电路之间的第一频-数转换电路F-N1，和连接于第二振荡电路和第二门控电路之间的第二频-数转换电路F-N2；所述第一频-数转换电路和第二频-数转换电路的构造相同。
该电路外接的电容Cx为电容传感器，Cs为结构与Cx完全一样的固定电容，L为外接的完全一样的固定电感。若采用电感传感器，则Cs与Cx为固定电容，第一振荡电路外接电感为固定电感，第二振荡电路外接电感为电感传感器。当然采用Cs、Cx构成的差动电容传感器或差动电感传感器还可以使检测灵敏度再提高一倍，同时还可使输出线性得到改善。
具体实施例三
在具体实施例一或二的基础上，还包括与各个电路的电源端相连的稳压电路。
具体实施例四
在具体实施例一、二或三的基础上，还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的控制端相连的时基电路。
具体实施例五
在具体实施例一、二、三或四的基础上，所述时基电路的时基信号可调。
具体实施例六
在具体实施例五的基础上，还包括与时基电路相连的时基选择电路，包括三端开关S及分别与三端开关S一一对应相连的第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述三个电容又分别与地相连。在本具体实施例中，电路外接的开关S及电容C1、C2、C3构成时基选择电路，当开关S接C1时基信号为1S，输出信号可达到1Hz的精度，当开关S接C2时基信号为10S，输出信号可达到0.1Hz的精度，当开关S接C3时基信号为100S，输出信号可达到0.01Hz的精度。
具体实施例七
在具体实施例一或二的基础上，如图3所示，所述第一振荡电路和第二振荡电路分别为一个555时基电路；所述第一门控电路和第二门控电路分别为一个与非门。该具体实施例由双555时基电路SE556和一块四与非门电路74LS00所构，成的检测电路，SE556内的两个555时基电路构成两个多谐振荡器，充放电电容CS是基准电容，CX是电容传感器。74LS00内的两个与非门为控制门，时基信号TS由1、2与非门的1、4脚输入，输出信号为数字信号N1、N2。N1、N2送到减法器电路直接相减(减法器电路没画出)，得到输出的数字信号。
采用完全相同结构的两套振荡器(LC振荡器、RC振荡器或多谐振荡器)，其振荡槽路设置电容传感器(电感传感器)，两振荡器的振荡频率直接变换成数字信号，采取两数字信号差作为输出信号，所以该方法可以称为“变频差动传感器检测电路”。

Claims (7)

1.一种传感器检测电路，其特征在于：包括第一振荡电路及与其相连的第一门控电路；还包括第二振荡电路及与其相连的第二门控电路；所述第一振荡电路和第二振荡电路的构造相同；所述第一门控电路和第二门控电路的构造相同；还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的输出相连的减法器电路；所述减法器电路的输出为整个电路的输出。
2.根据权利要求1所述的传感器检测电路，其特征在于：还包括连接于第一振荡电路与第一门控电路之间的第一频-数转换电路，和连接于第二振荡电路和第二门控电路之间的第二频-数转换电路；所述第一频-数转换电路和第二频-数转换电路的构造相同。
3.根据权利要求1或2所述的传感器检测电路，其特征在于：还包括与各个电路的电源端相连的稳压电路。
4.根据权利要求3所述的传感器检测电路，其特征在于：还包括分别与第一门控电路和第二门控电路的控制端相连的时基电路。
5.根据权利要求4所述的传感器检测电路，其特征在于：所述时基电路的时基信号可调。
6.根据权利要求5所述的传感器检测电路，其特征在于：还包括与时基电路相连的时基选择电路，包括三端开关S及分别与三端开关S一一对应相连的第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；所述三个电容又分别与地相连。
7.根据权利要求1或2所述的传感器检测电路，其特征在于：所述第一振荡电路和第二振荡电路分别为一个555时基电路；所述第一门控电路和第二门控电路分别为一个与非门。
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