CN107024233B - 电感式接近传感器模拟电感输出电路 - Google Patents

电感式接近传感器模拟电感输出电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种电感式接近传感器模拟电感输出电路，旨在提供一种可靠度高、性能稳定、能够降低故障的模拟电感输出电路。本发明通过下述技术方案予以实现：电感线圈L1与电感线圈L2串联接点电连接继电器K1的常开触点5，电感线圈L2的另一端通过继电器K1的常闭触点4和继电器公共端触点3；公共端触点3电连接模拟电感电路输出端的正端L_HI，电感线圈L1的另一端电连接模拟电感电路输出端的负端L_LO，从而形成电感切换选通开关电路；电感切换选通开关电路对4.8mH的电感线圈L1进行选通，或对串联的4.8mH的电感线圈L1与1mH电感线圈L2进行选通，选择输出4.8mH或5.8mH电感值，作为模拟电感值输出给相应的检测单元。

Description

电感式接近传感器模拟电感输出电路
技术领域
本发明涉及一种广泛应用于纺织、化纤、机床、机械、冶金、机车汽车、航空等行业的带有模拟输出的电感式接近传感器。主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）测量的电感式接近传感器。特别是用于模拟电感输出技术的电感式接近传感器。
背景技术
电感传感器是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置，是将被测量转换为线圈的自感或互感的变化来测量的装置。电感传感器还可用作磁敏速度开关、齿轮龄条测速等。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。电感传感器测量线路主要采用交流电桥。交流电桥的固定桥臂可以是电阻、变压器的次级绕组或紧耦合的电感。该线路在精密测量中存在如下一些缺点：线性工作范围窄；无输入时就存在起始电流，因此不能实现零输入时零输出的要求，且激磁电流产生的磁场使衔铁产生附加位移将引起测量误差。带有模拟输出的电感式接近传感器是一种测量式控制位置偏差的电子信号发生器，它利用位移传感器对所接近物体具有的敏感特性，识别物体接近并输出开关信号，因此， 通常又把接近传感器称为接近开关，其用途非常广泛。例如：可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对中心率或偏心率。由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。接近传感器是飞机起落架系统和舱门开关监控系统的重要组成部分，随着飞机性能要求不断提高，对接近传感器在安全性、可靠性、经济性、环境适应性等方面提出了更严格的要求。.目前飞机使用的接近传感器是由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。电感式接近传感器是一种非接触测量的位置传感器，具有工作可靠、性能稳定、重复定位精度高、无机械磨损、使用寿命长、无火花、无噪音、抗干扰能力强、环境适应性强等突出优点。其主要功能是完成对位置量的检测，并将其转换成开关量输出，从而实现对负载的控制或信号转换与传递。
由于国内军用和民用飞机的舱门和起落架系统主要采用接触式行程开关,接触式行程开关存在寿命短和可靠性差等问题。电感式接近传感器也称高频接近开关，是利用电涡流效应来控制高频振荡器的起振与停振两种状态，实现对位置量的检测，并将其转换成电开关量输出，从而实现对负载的控制或信号的转换与传递。感知敏感元件为检测线圈，它是振荡电路的一个组成部分，在检测线圈的工作面上存在一个交变磁场。当金属物体接近检测线圈时，金属物体就会产生涡流而吸收振荡能量，使振荡减弱直至停振。振荡与停振这两种状态经检测电路转换成开关信号输出。由于高频振荡线圈产生的交变磁场是散射的﹐当金属对象不断接近传感器的前端时，会触发传感器状态的变化，在传感器的周围出现金属对象时，传感器发出讯号,实现对位置量的检测,并将其转换成电开关量输出,从而实现对负载的控制或信号的转换与传递。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的。电感式接近传感器主要为一个绕在导磁体上的一组线圈，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，在低频交流激励信号源的作用下，目标靶块离其感应端面距离的变化将引起传感器内部磁场变化，进而引起传感器的输出表征参数－电感发生变化，电感的变化就代表了目标靶块的接近距离。电感式接近传感器输出的电感值经位置检测与收放控制单元处理后解算出目标靶块离其感应端面的距离，并根据预设值判断需要控制的远近状态。线圈品质因数Q是反映线圈质量的重要参数，提高线圈的Q值，是绕制线圈要注意的重点之一。目前，国内军用和民用飞机的舱门和起落架系统主要采用接触式行程开关，接触式行程开关存在寿命短和可靠性差等问题。电感接近式传感器在使用中，关注的是磁通量的变化或者说是流过电感线圈的电流变化。反映在电路里实质上就是看电压与电流的函数值变化。电感式接近传感器采用对铁磁金属靶标进行到位检测，传感器初始电感值是4.85mH，设置的接近门限电感值是5mH，要求接口电路输出的是离散电平信号。离散电平输出通常采用带AD的单片机等处理。对位置检测与收放控制单元的测试需要给定电感值，通常采用的方法有两种，一种接入真实的电感式接近传感器，另一种是接入模拟电感式接近传感器的电感值，后一种方式也是常采用的方式，能够实现低成本的多通道的电感输入，在实现的电路中，完成4.8mH或5.8mH的选择给定，但是已有技术在实际使用中，实现4.8mH或5.8mH的给定是将两个基础线圈4.8mH及1mH二者串联，通过继电器对1mH线圈进行短接获得，该短接方式在接通及断开时易烧蚀继电器的触点，同时会造成电感值变化延迟，常出现电路损坏及电感值切换数据延迟的故障。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种电路实现简单，成本低，抗干扰能力强，可靠度高、寿命长，性能稳定、能够降低故障的电感式接近传感器模拟电感输出电路。
本发明通过以下措施来达到：一种电感式接近传感器模拟电感输出电路，包括：电感线圈L1、电感线圈L2，电感切换选通开关电路和放大输出电路，以及接收计算机离散量信号SW_1的TTL芯片反相器D1A和驱动芯片N1A，其特征在于：电感线圈L1与电感线圈L2串联接点电连接继电器K1的常开触点5，电感线圈L2的另一端通过继电器K1的常闭触点4和继电器公共端触点3；公共端触点3电连接模拟电感电路输出端的正端L_HI，电感线圈L1的另一端电连接模拟电感电路输出端的负端L_LO，从而形成电感切换选通开关电路；电感切换选通开关电路对4.8mH的电感线圈L1进行选通，或对串联的4.8mH的电感线圈L1与1mH电感线圈L2进行选通，选择输出与传感器之间距离成比例的4.8mH或5.8mH模拟信号的电感值，并将上述4.8mH或5.8mH电感值作为模拟电感值输出给相应的检测单元。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
电路实现简单，成本低，抗干扰能力强，本发明采用电感线圈L1与电感线圈L2串联接点电连接继电器K1的常开触点5，电感线圈L2的另一端通过继电器K1的常闭触点4和继电器公共端触点3电连接模拟电感电路输出端的正端L_HI，电感线圈L1的另一端电连接模拟电感电路输出端的负端L_LO，从而形成电感切换选通开关电路；通过选通实现4.8mH或5.8mH电感值的选择输出，重复定位精度高、电路实现简单，成本低，该模拟方式不需要靶标,不受其他金属影响，抗干扰能力强。
可靠度高、寿命长，性能稳定，本发明采用对应于电感式接近传感器在远离与接近目标靶块的两个状态，计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1加到TTL芯片D1（7406）的输入端，驱动芯片N1A驱动继电器的常开或常闭触点的闭合，通过该电感切换选通开关电路对4.8mH的电感线圈L1进行选通或对串联的4.8mH的电感线圈L1与1mH电感线圈L2进行选通，分别取单个电感线圈L1的电感值4.8mH与电感线圈L1、L2的两个组合电感值5.8mH，4.8mH或5.8mH电感值的选择输出实现模拟出电感值分别为小于5mH与大于5mH的两种状态。这种通过选通方式实现电感值4.8mH或5.8mH的给定方式，实现了模拟电感式接近传感器的远离与接近状态。同时，更改继电器原镀金触点为耐粘连的银氧化锡触点与增大线圈功率及电磁力，保证了工作的稳定性，降低了故障，节约了维修及使用成本，提高了使用效率。继电器K1（JS-12N-K）的触点采用耐粘连的银氧化锡，触点耐粘连，寿命长。继电器增大了线圈功率及电磁力，触点吸合及释放更加有力及迅速，防止切换时烧蚀继电器的触点及电感值变化延迟。避免了现有技术将两个基础线圈4.8mH及1mH二者串联，通过继电器对1mH线圈进行短接获得4.8mH或5.8mH的给定，会在接通及断开时易烧蚀继电器的触点，同时导致电感值变化延迟的缺陷。
附图说明
图1是本发明电感式接近传感器模拟电感输出电路原理示意图。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
具体实施方式
参阅图1，在以下描述的实施例中，一种电感式接近传感器模拟电感输出电路，包括：电感线圈L1、电感线圈L2，电感切换选通开关电路和放大输出电路。电感线圈L1与电感线圈L2串联接点电连接继电器K1的常开触点5，电感线圈L2的另一端通过继电器K1的常闭触点4和继电器公共端触点3电连接模拟电感电路输出端的正端L_HI，电感线圈L1的另一端电连接模拟电感电路输出端的负端L_LO，从而形成电感切换选通开关电路；电感切换选通开关电路对4.8mH的电感线圈L1进行选通或对串联的4.8mH的电感线圈L1与1mH电感线圈L2进行选通，通过选通实现4.8mH或5.8mH电感值的选择输出，4.8mH或5.8mH电感值作为模拟电感值输出给相应的检测单元。输出变化的模拟信号。接收计算机离散量信号SW_1，SW_1通过TTL芯片反相器D1A的逻辑反相作用信号到达驱动芯片N1A的输入端，该信号经驱动芯片N1A反相及电流放大输出，N1A输出端电连接继电器K1的线圈负端，继电器K1的线圈正端接+12V电源，从而驱动继电器K1的线圈出现压降而得电工作，常开及常闭触点进行切换。
反相器与驱动芯片N1A之间电连接有上拉电阻R1。
继电器K1的触点采用耐粘连的银氧化锡触点。
继电器线圈电压12V，线圈电阻620欧姆，线圈功率为220~290mW，有较强的电磁吸合及释放力。
采用两个电感值分别为4.8mH及1mH的基础电感线圈L1、电感线圈L2串联获得5.8mH电感值。当电感切换选通开关电路只接入4.8mH的电感线圈L1则输出4.8mH的电感值，当电感切换选通开关电路选通电感线圈L1、L2二者的串联值，则输出5.8mH的电感值。在驱动输出电路中，反相器D1A的输出端接通型号为MC1413P的驱动芯片N1A的输入端。在电感切换选通开关电路中，驱动芯片N1A输出端电连接继电器K1的线圈负端，继电器K1的线圈正端接+12V电源，电感线圈L1输出的电感值为4.8mH，两个电感线圈L1、L2串联时输出的电感值为5.8mH。计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1加到型号为7406的TTL芯片D1A的输入端，驱动芯片N1A驱动继电器的常开或常闭触点的闭合，电感切换选通开关电路对4.8mH的电感线圈L1进行选通或串联的电感线圈L1、L2实现电感值4.8mH的与1mH进行选通实现4.8mH或5.8mH电感值的输出。
计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1，加到TTL芯片反相器D1A的输入管脚1，D1A的输出端与驱动芯片N1A的输入端相连，同时通过上拉电阻R1导通到+5V电源，输出为集电极输出OC形式。D1A的输出管脚2接驱动芯片N1A输入端的输入管脚1，N1A的输出管脚16连接型号为JS-12N-K的继电器K1的线圈负端，继电器K1的线圈正端接+12V电源。TTL芯片D1A及其相连的驱动芯片N1A均为反向输出。
当电路接收到计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1为“0”低电平时，继电器K1的2脚为0伏低电平，继电器K1的线圈出现压降而得电工作，继电器K1的管脚触点3与触点5接通，电感线圈输出模拟量为4.8mH的电感值，即模拟电感电路输出的正端L_HI与负端L_LO之间的电感值为4.8mH。
当电路接收到计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1为“1”高电平时，继电器K1的2脚为12伏高电平，继电器K1的线圈无压降不工作，继电器K1的管脚3与管脚4触点接通，电感线圈输出电感线圈L1与电感线圈L2串联值，模拟量为5.8mH的电感值，即模拟电感电路输出的正端L_HI与负端L_LO之间的电感值为5.8mH。
离散量信号SW_1通过TTL芯片反相器D1A及N1A驱动器的放大输出，进而通过对继电器K1的驱动实现输出4.8mH或5.8mH的电感值的选通输出。

Claims (8)

1.一种电感式接近传感器模拟电感输出电路，包括：电感线圈L1、电感线圈L2，电感切换选通开关电路和放大输出电路，以及接收计算机离散量信号SW_1的TTL芯片反相器D1A和驱动芯片N1A，其特征在于：电感线圈L1与电感线圈L2串联接点电连接继电器K1的常开触点（5），电感线圈L2的另一端通过继电器K1的常闭触点（4）和继电器公共端触点（3）；公共端触点（3）电连接模拟电感电路输出端的正端L_HI，电感线圈L1的另一端电连接模拟电感电路输出端的负端L_LO，从而形成电感切换选通开关电路；电感切换选通开关电路对4 .8mH的电感线圈L1进行选通，或对串联的4 .8mH的电感线圈L1与1mH电感线圈L2进行选通，选择输出与传感器之间距离成比例的4 .8mH或5 .8mH模拟信号的电感值，并将上述4 .8mH或5.8mH电感值作为模拟电感值输出给相应的检测单元；
接收计算机离散量信号SW_1，SW_1通过TTL芯片反相器D1A的逻辑反相作用信号到达驱动芯片N1A的输入端，并通过驱动芯片N1A反相及电流放大输出；驱动芯片N1A输出端电连接继电器K1的线圈负端，继电器K1的线圈正端电源驱动继电器K1的线圈出现压降而得电工作，继电器K1通过常开触点（5）及常闭触点（4）进行切换。
2.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：反相器与驱动芯片N1A之间电连接有上拉电阻R1。
3.如权利要求1或2所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：TTL信号通过反相器D1A与驱动芯片N1A之间相连的上拉电阻R1导通到+5V电源，输出为集电极输出OC形式。
4.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：TTL芯片D1A的输出管脚2接驱动芯片N1A输入端的输入管脚1，N1A的输出管脚（16）连接继电器K1的线圈负端，继电器K1的线圈正端接+12V电源。
5.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：TTL芯片反相器D1A及其相连的驱动芯片N1A均为反向输出。
6.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：当计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1为“ 0”低电平时，继电器K1的2脚为低电平，继电器K1线圈出现压降而得电工作，继电器K1的公共端触点（3）与常开触点（5）接通，电感线圈输出模拟量为4 .8mH的电感值，即模拟电感电路输出的正端L_HI与负端L_LO之间的电感值为4.8mH。
7.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：当计算机输出的TTL电平的离散量信号SW_1为“ 1”高电平时，继电器K1的2脚为高电平，继电器K1线圈无压降不工作，继电器K1的公共端触点（3）与常闭触点（4）接通，模拟电感电路正端L_HI与负端L_LO两端为电感线圈L1与电感线圈L2串联，即模拟电感电路输出的正端L_HI与负端L_LO之间的电感值为5.8mH。
8.如权利要求1所述的电感式接近传感器模拟电感输出电路，其特征在于：离散量信号SW_1通过TTL芯片反相器D1A及N1A驱动器的放大输出，进而通过对继电器K1的驱动实现输出4.8mH或5.8mH的电感值的选通输出。
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