CN105823502A - 一种传感器老化补偿电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于传感器技术领域，公开了一种传感器老化补偿电路及其方法。在本发明中，通过采用包括电流驱动模块、限流模块、采样模块、转换模块及控制模块的传感器老化补偿电路，使得电流驱动模块向传感器提供电流，传感器在电流的作用下通过限流模块接收外部电源提供的电压，采样模块对传感器接收端电压进行采样并输出至转换模块，转换模块根据接收端电压计算传感器接收端电流值，并将电流值转换成对应的编码值后发送至控制模块，控制模块将编码值与目标值进行比较，当编码值偏离目标值时，控制模块控制电流驱动模块重置输出至传感器的电流，以使编码值与目标值相等，解决了现有技术在对传感器的老化问题进行补偿时存在调节过程复杂且精度低的问题。

Description

一种传感器老化补偿电路及其方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种传感器老化补偿电路及其方法。

背景技术

随着现代工业自动化和智能化的发展，越来越多的传感器被应用于实践，随着使用时间的增加，传感器老化问题显得尤为突出，而传感器老化将会对后端判定电路或者信号处理电路造成影响，因此，传感器老化补偿已成为现今传感器应用的重要问题。

目前，现有技术主要采用图1所示的传感器老化补偿电路对传感器的老化问题进行补偿。如图1所示，现有的传感器老化补偿电路包括传感器U1(图中以NPN型对射光电传感器为例)、比较器U2、可调电阻W，电阻R11、电阻R12以及电阻R13。其中，A与K分别代表传感器U1的正极与负极，C、E分别为传感器U1的PN结的集电极与发射极，而传感器U1的基极在光电效应下使集电极和发射极导通或断开，进而使得传感器U1的输出端电压即3点处的电压发生变化，比较器U2采集传感器U1的输出端电压，并将该电压与其正相输入端的分压进行比较，以输出高电平信号或低电平信号至后端信号处理电路进行进一步处理，但是，随着传感器U1老化问题的产生，传感器U1的输出端电压会明显减小，进而使得比较器U2输出错误信号至后端信号处理电路，使得后端信号处理电路进行错误处理。为了消除由于传感器U1老化问题所产生比较器U2输出端输出错误信号的问题，现有技术通过可调电阻W1调节比较器U2的正相输入端的电压，进而使得比较器U2输出正确的信号，从而消除了由于传感器U1老化问题所引发的诸多错误。然而，现有技术虽然可以对传感器的老化问题进行补偿，但是该方法需要手动调节可调电阻W1的阻值，其调节过程复杂且精度低。

综上所述，现有技术在对传感器的老化问题进行补偿时存在调节过程复杂且精度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传感器老化补偿电路及其方法，旨在解决现有技术在对传感器的老化问题进行补偿时存在调节过程复杂且精度低的问题。

本发明是这样实现的，一种传感器老化补偿电路，所述传感器老化补偿电路与传感器连接，其包括电流驱动模块、限流模块、采样模块、转换模块以及控制模块；

所述电流驱动模块的输入端与所述控制模块的输出端连接，所述电流驱动模块的输出端与所述传感器的发射端连接，所述限流模块的输入端与外部电源连接，所述限流模块的输出端与所述传感器的接收端以及所述采样模块的输出端连接，所述采样模块的输入端与所述传感器的接地端共接于地，所述采样模块的输出端与所述转换模块的输入端连接，所述转换模块的输出端与所述控制模块的输入端连接；

所述电流驱动模块向所述传感器提供电流，所述传感器在所述电流的作用下通过所述限流模块接收所述外部电源提供的电压，所述采样模块对所述传感器接收端电压进行采样并输出至所述转换模块，所述转换模块根据所述接收端电压计算所述传感器接收端电流值，并将所述电流值转换成对应的编码值后发送至所述控制模块，所述控制模块将所述编码值与目标值进行比较，当所述编码值偏离所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块重置输出至所述传感器的电流，以使所述转换模块输出的编码值与所述目标值相等。

本发明的另一目的还在于提供一种基于上述传感器补偿电路的补偿方法，所述方法包括以下步骤：

所述电流驱动模块向所述传感器提供电流；

所述传感器在所述电流的作用下通过所述限流模块接收所述外部电源提供的电压；

所述采样模块对所述传感器接收端电压进行采样并输出至所述转换模块；

所述转换模块根据所述接收端电压计算所述传感器接收端电流值，并将所述电流值转换成对应的编码值后发送至所述控制模块；

所述控制模块将所述编码值与目标值进行比较，当所述编码值偏离所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块重置输出至所述传感器的电流，以使所述转换模块输出的编码值与所述目标值相等。

在本发明中，通过采用包括电流驱动模块、限流模块、采样模块、转换模块以及控制模块的传感器老化补偿电路，使得电流驱动模块向传感器提供电流，传感器在电流的作用下通过限流模块接收外部电源提供的电压，采样模块对传感器接收端电压进行采样并输出至转换模块，转换模块根据接收端电压计算传感器接收端电流值，并将电流值转换成对应的编码值后发送至控制模块，控制模块将编码值与目标值进行比较，当编码值偏离目标值时，控制模块控制电流驱动模块重置输出至传感器的电流，以使转换模块输出的编码值与目标值相等，实现了由于老化问题引起的传感器输出电压异常的自动补偿，解决了现有技术在对传感器的老化问题进行补偿时存在调节过程复杂且精度低的问题。

附图说明

图1是现有技术的传感器老化补偿电路的结构示意图；

图2是本发明一实施例所提供的传感器老化补偿电路的模块结构示意图；

图3是图2所示的传感器老化补偿电路的电路结构示意图；

图4是本发明一实施例所提供的传感器老化补偿方法的流程示意图。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：

图2示出了本发明一实施例所提供的传感器老化补偿电路100的模块结构，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本实施例所示的传感器老化补偿电路100与传感器200连接，主要用于补偿传感器200由于老化问题所导致的输出异常。其中，该传感器老化补偿电路100包括电流驱动模块10、限流模块11、采样模块12、转换模块13以及控制模块14，电流驱动模块10的输入端与控制模块14的输出端连接，电流驱动模块10的输出端与传感器200的发射端连接，限流模块11的输入端与外部电源连接，限流模块11的输出端与传感器200的接收端以及采样模块12的输出端连接，采样模块12的输入端与传感器200的接地端共接于地，采样模块12的输出端与转换模块13的输入端连接，转换模块13的输出端与控制模块14的输入端连接。

进一步地，电流驱动模块10向传感器200提供电流，传感器200在该电流的作用下通过限流模块11接收外部电源提供的电压，采样模块12对传感器200的接收端电压进行采样并输出至转换模块13，转换模块13根据该接收端电压计算传感器200接收端电流值，并将该电流值转换成对应的编码值后发送至控制模块14，控制模块14将该编码值与目标值进行比较，当该编码值偏离目标值时，控制模块14控制电流驱动模块10重置输出至传感器的电流，以使转换模块13输出的编码值与目标值相等。

具体的，当转换模块13输出的编码值小于目标值时，控制模块14控制电流驱动模块10增大输出至传感器200的电流，由于增大电流驱动模块10输出至传感器200的电流时，传感器200的接收端电压相应增大，进而使得采样模块12输出至转换模块13的电压增大，而当转换模块13接收的电压增大时，转换模块13根据该电压所计算的电流值相应增大，并且转换模块13根据该电流值转换的编码值增大，因此，当控制模块14检测到转换模块13输出的编码值赠大至与目标值相等时，控制模块14控制电流驱动模块10按照当前的电流值向传感器200提供电流，该当前电流值为当编码值与目标值相等时所对应的电流值；需要说明的是，目标值为传感器正常状态即没有发生老化问题之前转换模块13根据采样模块12输出的电压所计算的电流对应的编码值。作为本发明的优选实施例，电流驱动模块10包括电流驱动单元与限流单元，电流驱动单元的输入端为电流驱动模块的输入端，电流驱动单元的输出端与限流单元的输入端连接，限流单元的输出端为电流驱动模块的输出端，电流驱动单元通过限流单元向传感器提供电流；具体的，如图3所示，电流驱动单元由型号为TLC5941的恒流源驱动芯片实现，而限流单元包括第一电阻R1，第一电阻R1的第一端为限流单元的输入端，第一电阻R1的第二端为限流单元的输出端。需要说明的是，在本实施例中，限流单元与电流驱动单元的串联使得限流单元可以对电流驱动单元输出至传感器200的电流进行限制，以防电源驱动单元输出至传感器200的电流过大，进而造成传感器200损坏。

作为本发明的优选实施例，如图3所示，采样模块12包括第二电阻R2，第二电阻R2的第一端为采样模块12的输入端，第二电阻R2的第二端为采样模块12的输出端。

作为本发明的优选实施例，如图3所示，限流模块11包括第三电阻R3，第三电阻R3的第一端为限流模块11的输入端，第三电阻R3的第二端为限流模块11的输出端。需要说明的是，在本实施例中，限流模块11可外部电源输出的电流进行限制，防止外部电源瞬间电流过大而对传感器造成损坏。

作为本发明的优选实施例，转换模块13为模数转换器；需要说明的是，在本实施例中，转换模块13的内部结构常用的模数转换电路相同。

作为本发明的优选实施例，控制模块14为微处理器、现场可编程门阵列控制器或者上位机，其中上位机为包含控制程序的计算机。需要说明的是，在其他实施例中，控制模块14也可为微处理器与上位机，或者控制模块14也可为现场可编程门阵列控制器与上位机；当控制模块14包括微处理器与上位机时，转换模块13的输出端与微处理器连接，微处理器与上位机连接，当控制模块14包括现场可编程门阵列控制器与上位机时，转换模块13的输出端与现场可编程门阵列控制器连接，现场可编程门阵列控制器与上位机连接。

以下结合工作原理对图3所示的传感器老化补偿电路作进一步说明：

其中，图3中的传感器200以光电传感器U1为例。具体的，当恒流源驱动芯片TLC5941通过第一电阻R2向光电传感器提供电流时，光电传感器U1的发射端根据该电流发光，由于光电效应，光电传感器U1中的开关管在光电效应下导通，进而使得光电传感器U1的接收端通过第第三电阻R3接收外部电源提供的电压VCC，第二电阻R2对光电传感器U1的接收端电压进行采样，并将采样的电压输出至转换模块13，其中，VCC为外部电源提供的电压VCC的电压值，R₂为第二电阻R2的电阻值，R₃为第三电阻R3的电阻值，R_eq为光电传感器U1的内阻；转换模块13接收到该电压后，根据公式计算光电传感器U1的接收端电流I，并将该电流I的电流值转换成对应的编码值后发送至控制模块14，控制模块14将该编码值与目标值进行比较，进而根据比较结果进行进一步处理。

其中，假设转换模块13根据光电传感器U1在正常状态下即没有发生老化时的接收端电压计算出的电流I的电流值为20mA，并且该电流值对应的编码值为86，需要说明的是，该编码值86即为目标值；当光电传感器U1随着时间的推移产生老化问题时，光电传感器U1的内阻R_eq增大，由于内阻R_eq增大，因此光电传感器U1的接收端电压减小，进而导致转换模块13计算出的电流I的电流值减小，假设为电流I的电流值减小至15mA，而该电流值对应的编码值为80；当控制模块14将转换模块13输出的编码值与目标自进行比较，并且检测到转换模块13发送至其的编码值80小于目标值86时，控制模块14控制恒流源驱动芯片TLC5941增大输出至光电传感器U1的电流，由于光电传感器U1的内阻R_eq在大电流的作用下减小，因此，采样模块12采样的光电传感器U1的接收端电压增大，进而使得转换模块13计算的电流I的电流值增大，从而使得转换模块13根据电流I的电流值所转换的编码值增大，当控制模块14检测到转换模块13输出的编码值赠大至与目标值相等时，控制模块14控制恒流源驱动芯片TLC5941按照当前的电流值向传感器200提供电流，该当前电流值为当编码值与目标值86相等时所对应的电流值；其中，需要说明的是，当恒流源驱动芯片TLC5941增大向光电传感器U1输出的电流时，若控制模块14检测到转换模块13发送至其的编码值大于目标值时，控制模块14控制恒流源驱动芯片TLC5941减小向光电传感器U1输出的电流，直至转换模块14检测到转换模块13发送的编码值与目标值相等为止。在本实施例中，通过控制模块14控制电流驱动模块10自动对输出至传感器200的电流进行调节，实现了传感器老化问题的自动补偿，并且方法简单、补偿精度高。

图4示出了本发明一实施例所提供的传感器老化补偿方法的实现流程，该方法是基于本发明实施例提供的传感器老化补偿电路100实现的，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S40中，所述电流驱动模块向所述传感器提供电流。

在步骤S41中，所述传感器在所述电流的作用下通过所述限流模块接收所述外部电源提供的电压。

在步骤S42中，所述采样模块对所述传感器接收端电压进行采样并输出至所述转换模块。

其中，采样模块12即第二电阻R2采样的传感器接收端电压为其中，VCC为外部电源提供的电压VCC的电压值，R₂为第二电阻R2的电阻值，R₃为第三电阻R3的电阻值，R_eq为传感器的内阻。

在步骤S43中，所述转换模块根据所述接收端电压计算所述传感器接收端电流值，并将所述电流值转换成对应的编码值后发送至所述控制模块。

其中，转换模块13根据公式计算传感器的接收端电流I，并且在计算出该接收端电流I的电流值后将该电流值转换为对应的编码值。

在步骤S44中，所述控制模块将所述编码值与目标值进行比较，当所述编码值偏离所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块重置输出至所述传感器的电流，以使所述转换模块输出的编码值与所述目标值相等。

其中，需要说明的是，当控制模块14检测到转换模块13发送至其的编码值小于目标值时，控制模块14控制电流驱动模块10增大输出至传感器的电流，直至转换模块13发送至其的编码值与目标值相等时为止；此外，当电流驱动模块10增大向传感器输出的电流时，若控制模块14检测到转换模块13发送至其的编码值大于目标值时，控制模块14控制电流驱动模块10减小向传感器输出的电流，直至转换模块14检测到转换模块13发送的编码值与目标值相等为止。

在本发明中，通过采用包括电流驱动模块10、限流模块11、采样模块12、转换模块13以及控制模块14的传感器老化补偿电路100，使得电流驱动模块10向传感器200提供电流，传感器200在电流的作用下通过限流模块11接收外部电源提供的电压，采样模块12对传感器200接收端电压进行采样并输出至转换模块13，转换模块13根据接收端电压计算传感器200接收端电流值，并将电流值转换成对应的编码值后发送至控制模块14，控制模块14将编码值与目标值进行比较，当编码值偏离目标值时，控制模块14控制电流驱动模块10重置输出至传感器的电流，以使转换模块13输出的编码值与目标值相等，实现了由于老化问题引起的传感器200输出电压异常的自动补偿，方法简单且精度高，解决了现有技术在对传感器200的老化问题进行补偿时存在调节过程复杂且精度低的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器老化补偿电路，所述传感器老化补偿电路与传感器连接，其特征在于，所述传感器老化补偿电路包括：

电流驱动模块、限流模块、采样模块、转换模块以及控制模块；

所述电流驱动模块的输入端与所述控制模块的输出端连接，所述电流驱动模块的输出端与所述传感器的发射端连接，所述限流模块的输入端与外部电源连接，所述限流模块的输出端与所述传感器的接收端以及所述采样模块的输出端连接，所述采样模块的输入端与所述传感器的接地端共接于地，所述采样模块的输出端与所述转换模块的输入端连接，所述转换模块的输出端与所述控制模块的输入端连接；

所述电流驱动模块向所述传感器提供电流，所述传感器在所述电流的作用下通过所述限流模块接收所述外部电源提供的电压，所述采样模块对所述传感器接收端电压进行采样并输出至所述转换模块，所述转换模块根据所述接收端电压计算所述传感器接收端电流值，并将所述电流值转换成对应的编码值后发送至所述控制模块，所述控制模块将所述编码值与目标值进行比较，当所述编码值偏离所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块重置输出至所述传感器的电流，以使所述转换模块输出的编码值与所述目标值相等。

2.根据权利要求1所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，当所述编码值小于所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块增大输出至所述传感器的电流。

3.根据权利要求1所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述电流驱动模块包括：

电流驱动单元与限流单元；

所述电流驱动单元的输入端为所述电流驱动模块的输入端，所述电流驱动单元的输出端与所述限流单元的输入端连接，所述限流单元的输出端为所述电流驱动模块的输出端，所述电流驱动单元通过所述限流单元向所述传感器提供电流。

4.根据权利要求3所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述电流驱动单元为型号为TLC5941的恒流源驱动芯片。

5.根据权利要求3所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述限流单元包括第一电阻，所述第一电阻的第一端为所述限流单元的输入端，所述第一电阻的第二端为所述限流单元的输出端。

6.根据权利要求1所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述采样模块包括第二电阻，所述第二电阻的第一端为所述采样模块的输入端，所述第二电阻的第二端为所述采样模块的输出端。

7.根据权利要求1所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述限流模块包括第三电阻，所述第三电阻的第一端为所述限流模块的输入端，所述第三电阻的第二端为所述限流模块的输出端。

8.根据权利要求1所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述转换模块为模数转换器。

9.根据权利要求1-8任一项所述的传感器老化补偿电路，其特征在于，所述控制模块为微处理器、现场可编程门阵列控制器或上位机。

10.一种基于权利要求1的传感器老化补偿电路的补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

所述电流驱动模块向所述传感器提供电流；

所述传感器在所述电流的作用下通过所述限流模块接收所述外部电源提供的电压；

所述采样模块对所述传感器接收端电压进行采样并输出至所述转换模块；

所述转换模块根据所述接收端电压计算所述传感器接收端电流值，并将所述电流值转换成对应的编码值后发送至所述控制模块；

所述控制模块将所述编码值与目标值进行比较，当所述编码值偏离所述目标值时，所述控制模块控制所述电流驱动模块重置输出至所述传感器的电流，以使所述转换模块输出的编码值与所述目标值相等。