CN106770638A - 一种电涡流传感器 - Google Patents

Abstract

一种电涡流传感器，MCU具备ADC、DAC、USART、EEPROM和GPIO，通过GPIO控制电涡流传感器的输出状态，ADC实现采集过载电流及温度传感器数据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换，线圈数据的采集过程是，对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即后端振荡信号发生变化，比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，通过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每次进一步判断比较器的电平变化，直至检测到电平变化，则认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据。

Description

一种电涡流传感器

技术领域

本发明属于智能传感器技术领域，特别涉及一种电涡流传感器。

背景技术

目前的多数传感器还停留在只能单一的输出逻辑电平，并不能具备接收外部指令或是发送产品信息的功能。现有的电涡流传感器，将震荡模块采集到的信号经过滤波后转换为模拟电压变化，再将模拟电压与一个固定电压比较，直接输出逻辑电平。且无法输出其他信息。由于仅使用模拟电路实现，电路简单，成本低。单一的逻辑电平输出，只能检测固定位置，输出高低电平。产品在组装调试封灌时，存在组装误差，人为误差，改变了产品的性能指标。由于无法进行二次修改作业，最终造成产品的不良。并且，由于装配及调试工序繁琐，精准度低，传感器趋向于小型化，从而对员工的技能要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能化的电涡流传感器。

本发明的技术方案是，一种电涡流传感器，包括MCU、传感器电源电路、脉冲驱动线圈电路、峰值检波电路和输出线复用通信电路，MCU具备ADC、DAC、USART、EEPROM和GPIO，

通过GPIO控制电涡流传感器的输出状态，ADC实现采集过载电流及温度传感器数据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换，

线圈数据的采集过程是，对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即后端振荡信号发生变化，

比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，

通过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每次进一步判断比较器的电平变化，直至检测到电平变化，则认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据，

通过电涡流传感器全温度范围内多个温度点的采样，得出线圈随温度的变化趋势，通过对数据的曲线拟合，进行线圈温度补偿。

设定电涡流传感器检测距离的过程包括，

当金属靠近线圈时，振荡波形发生变化，通过DAC扫描，得出波形的当前值，即为当前距离的阀值信号，

计算得出当前距离的变化量X，结合线圈温度补偿的数据，不同的温度点，实时的调整阀值电压，及DAC输出电压，达到温度补偿及距离任意设定的功能。

本发明的技术特点包括：

1.远距离检测

本方案采用新型的脉冲驱动电路激励线圈，产生一个稳定的磁场，利用比较器设计新型的峰值检波电路，具有较高的灵敏度，实现较远的检测距离，可以达到普通产品标准距离的3倍，同时具有比较高的响应频率。

2.兼容性

利用通信功能，实现对距离的标定，避开传统的使用电位器的调试距离带来的误差问题，同时可以弥补组装工艺影响距离的误差。为了满足通用性，通过标定距离，可以任意标定为1倍，2倍，3倍距离，满足不同客户的需求。

3.标定模式

本方案通过软件进行标定，通过带有DAC功能的MCU输出模拟电压，给到比较器作为峰值检波的阀值电压，与振荡信号做比较，DAC输出不同的模拟电压，实现不同距离的标定功能。

4.性能参数设置

借助通信功能，使用外部调试工具进行数据交换，对传感器进行参数设置，实现传感器功能切换的功能，如：常开常闭切换，过载电流切换，任意距离设定，稳定指示等功能。

5.输出控制线复用通信功能

通过借助传感器输出线，设计独立的接收信号电路部分，将输出线复用为数据通信功能。同时不影响传感器的正常输出功能。

6.无论传感器处于常开或是常闭状态均可以进入通信模式

传感器处于常开状态，输出管截止，不影响接收部分电路，可以很容易的进入通信模式，但是在产品处于常闭状态下，通过外部触发信号，使传感器输出进入短路保护状态，一旦进入短路保护，MCU自动关断输出，延时一段时间再打开，利用这关断的时间，信号可以进入接收电路，进入通信模式。

附图说明

图1本发明实施例的传感器电源电路原理图。

图2是本发明实施例的脉冲驱动线圈电路原理图。

图3是本发明实施例的峰值检波电路原理图。

图4是本发明实施例的输出线复用通信电路原理图。

图5是本发明电涡流传感器线圈补偿流程图。

图6是本发明电涡流传感器检测距离设定流程图。

具体实施方式

本发明的传感器电源部分，外部10-30V直流电源经过一级串联型稳压电路稳定到8V直流电源，再通过一级线性稳压IC将电压稳至5.0V，为整个电路提供电压。如图1所示。

如图2所示，脉冲驱动线圈电路部分，此电路的优点是振荡信号频率稳定，驱动线圈产生稳恒的磁场，提高检测的稳定性，同时具备较低功耗的特点。

如图3所示，峰值检波电路部分，振荡信号输入至比较器1脚，MCU的DAC模拟电压输入至比较器3脚进行比较，当振荡信号的下峰值高于阀值电压，OUT端口输出高，振荡信号的下峰值低于阀值电压，OUT端口输出低。由于比较器是开漏极输出，通过R11和R13对C14缓慢充电，比较器输出低时，C14通过R14快速的放电，这样的过程，实现较高的灵敏度。

如图4所示，输出线复用通信功能电路部分，包含输出控制，电流采样，信号接收部分。T3作为输出管用于输出带载使用，ADC采集R31上的电压，给到MCU用于判断电流大小。产品工作于通信模式，将CTL_OUT切换成TXD与RXD端口组成串口通信，由于共用输出线，所以要采用半双工通信的方式。

本传感器使用的主控芯片是以ARM为内核的MCU控制器，具备ADC,DAC，USART,EEPROM，GPIO等丰富的外设功能。

通过GPIO去控制传感器的输出状态，ADC实现两个功能，采集过载电流及温度传感器数据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换。MCU具有内部FLASH模拟EEPROM的功能，可以将数据保存在EEPROM中，通过软件通信主要还是修改EEPROM中的数据，实现传感器的不同功能。存放的数据如：常开常闭标志位，过载电流标志位，线圈补偿数据，检测距离数据等。

线圈补偿数据的采集及怎样通过DAC设定距离，两个功能之间存在密切的联系。线圈数据采集，实质是对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即后端振荡信号发生变化，比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，通过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每步进一次判断比较器的电平变化，直至检测到电平变化，认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据。通过传感器全温度范围内多个温度点的采样，描绘出线圈随温度的变化趋势，通过对数据的曲线拟合，进行线圈温度补偿。设定距离同样类似的方法，当金属靠近线圈时，振荡波形发生变化，同样通过DAC扫描，得出波形的当前值，即为当前距离的阀值信号。软件算法得出这个距离的变化量X，结合线圈温度补偿的数据，不同的温度点，实时的调整阀值电压，及DAC输出电压，达到温度补偿及距离任意设定的功能。

本发明可兼容1倍，2倍，3倍距离产品或是非标距离产品，功能切换可减少产品系列种类的数量，降低因产品型号种类多带来的库存积压问题。解决产线生产调试工艺复杂、效率低、报废率高等诸多问题。可根据客户特殊要求，最快的调整传感器状态，满足客户需求。使多个传感器可以组成网络，判断各个传感器的基本信息，包括基本的故障信息，得到传感器的过程数据或是事件数据等。

Claims (2)

1.一种电涡流传感器，包括MCU、传感器电源电路、脉冲驱动线圈电路、峰值检波电路和输出线复用通信电路，MCU具备ADC、DAC、USART、EEPROM和GPIO，其特征在于，

通过GPIO控制电涡流传感器的输出状态，ADC实现采集过载电流及温度传感器数据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换，

线圈数据的采集过程是，对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即后端振荡信号发生变化，

比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，

通过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每次进一步判断比较器的电平变化，直至检测到电平变化，则认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据，

通过电涡流传感器全温度范围内多个温度点的采样，得出线圈随温度的变化趋势，通过对数据的曲线拟合，进行线圈温度补偿。

2.如权利要求1所述的电涡流传感器，其特征在于，设定电涡流传感器检测距离的过程包括，

当金属靠近线圈时，振荡波形发生变化，通过DAC扫描，得出波形的当前值，即为当前距离的阀值信号，

计算得出当前距离的变化量X，结合线圈温度补偿的数据，不同的温度点，实时的调整阀值电压，及DAC输出电压，达到温度补偿及距离任意设定的功能。