CN107576336B - 一种无磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无磁传感器，其包括扫描模块、与扫描模块电连接的多个LC振荡电路和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片的塑料圆盘，所述多个LC振荡电路的电感与所述塑料圆盘正对且设置在塑料圆盘的上方，各个LC振荡电路的谐振角频率不相等。该无磁传感器能在有限的空间中使各个LC振荡电路之间无干扰，实现无磁传感的功能，同时提高计量的精确性。

Description

一种无磁传感器

技术领域

本发明属于仪表计量技术领域，具体涉及一种无磁传感器，可用于计量。

背景技术

早期的计量多采用干簧管、霍尔元件等，由于它们都是带有磁特性的电子元件，在磁场作用下发出脉冲信息，因此不可避免的会受到外界磁场的干扰。近年来随着传感器技术的不断发展以及应用领域不断拓宽，能源计量的测量方法也越来越多，无磁传感器就是其中较为先进的一种，它是利用多个LC振荡电路在不同阻尼条件(比如塑料、金属)下，阻尼振荡衰减快慢不同而进行信息采集的(叶轮旋转时，扫描模块向LC振荡电路提供脉冲，LC振荡电路会产生衰减振荡，当其电感位于塑料面上方时，LC振荡电路波形衰减较慢，当其电感位于金属面上方时，LC振荡电路波形衰减较快)。

如图1、图2所示，现有的无磁传感器，包括扫描模块1、三个相同的LC振荡电路和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片2的塑料圆盘3，金属片2为半圆形，覆盖塑料圆盘3上表面的一半，每个LC振荡电路都由电容C₀与电感L₀并联构成，三个LC振荡电路的一端都接扫描模块1的公共激励输出端OUT，三个LC振荡电路的另一端分别接扫描模块1内的三个比较器的第一输入端(即扫描模块1的第一个输入端IN1、第二个输入端IN2、第三个输入端IN3)，扫描模块1内的三个比较器的第二输入端输入比较门限，扫描模块1的公共激励输出端OUT通过电容C接地，扫描模块1的电源端VSS直接接地。三个电感L₀位于同一平面内与塑料圆盘3正对且设置在塑料圆盘3的上方。

图3、图4中的加粗直线为扫描模块内的比较器的比较门限，当振荡波形的幅度超过该门限时，比较器输出逻辑“1”，当振荡波形的幅度低于该门限时，比较器输出逻辑“0”；这样，比较器就输出如图3、图4中底部所示的脉冲波形，它们的脉冲个数分别被扫描模块内的计数器统计。无磁传感器的计量原理为：当叶轮带动塑料圆盘旋转时(即流体流动)，扫描模块内的每个计数器记录的脉冲数都在m～n(其中，m＞n)之间不断改变，若设定脉冲个数判决门限为

当脉冲数大于该门限时，视为金属面“离开”，当脉冲数小于或者等于该门限时，视为金属面“靠近”；根据金属面“离开”和“靠近”的次数、顺序，就可计算出塑料圆盘(对应于叶轮)旋转的方向和旋转的圈数，从而达到计量的目的。

这种无磁传感器用在布置空间较大的场合时，可以将无磁传感器设计得较大，使各个LC振荡电路的电感之间有足够的空间距离，避免在它们之间出现相互耦合、干扰；但是，对于某些计量仪表(比如小口径水表)而言，由于计量仪表体积的限制，这种无磁传感器的布置会受到较大制约，各个LC振荡电路之间没有足够的空间距离，在它们之间容易形成相互耦合、干扰(参见图5、图6)，影响无磁传感功能的实现和计量的精确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种无磁传感器，以在有限的空间中使各个LC振荡电路之间无干扰，实现无磁传感的功能，同时提高计量的精确性。

本发明所述的无磁传感器，包括扫描模块、与扫描模块电连接的多个LC振荡电路和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片的塑料圆盘，所述多个LC振荡电路的电感与所述塑料圆盘正对且设置在塑料圆盘的上方；各个LC振荡电路的谐振角频率不相等(即将各个LC振荡电路的谐振角频率设计为不相等)。

由于各个LC振荡电路的谐振角频率与其电感值、电容值有关，因此谐振角频率不相等，可以有以下三种形式：

第一种，各个LC振荡电路的电感值相等、电容值不相等(即将各个LC振荡电路的电感值设计为相等、电容值设计为不相等)。

第二种，各个LC振荡电路的电容值相等、电感值不相等(即将各个LC振荡电路的电容值设计为相等、电感值设计为不相等)。

第三种，各个LC振荡电路的电感值不相等、电容值不相等(即将各个LC振荡电路的电感值设计为不相等、电容值设计为不相等)。

所述各个LC振荡电路的谐振角频率之间的最小差值与各个LC振荡电路的电感之间的空间距离成反比。

优选的，所述金属片为半圆形，覆盖所述塑料圆盘上表面的一半；所述LC振荡电路的个数为三个，三个LC振荡电路的电感设置在同一平面内，第二个LC振荡电路的电感设置位置与第一个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角为90°，第三个LC振荡电路的电感设置位置与第一个、第二个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角都为135°。所述第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₂₁，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂的差为Δω₃₂，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₃₁，且

其中，a＞1。

优选的，所述金属片为半圆形，覆盖所述塑料圆盘上表面的一半；所述LC振荡电路的个数为四个，四个LC振荡电路的电感设置在同一平面内，相邻两个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角为90°。所述第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₂₁，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂的差为Δω₃₂，且

第四个LC振荡电路的谐振角频率ω₄与第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃的差为Δω₄₃，且

第四个LC振荡电路的谐振角频率ω₄与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₄₁，且

其中，b＞1。

本发明与现有技术相比具有如下效果：

(1)现有技术中由于塑料圆盘的大小限制，各个LC振荡电路的电感间没有足够的空间距离，而各个LC振荡电路的谐振角频率(即

)又相等，因此，各个LC振荡电路相互之间将会产生干扰，这种情况下就会直接影响到扫描模块内的比较器输出脉冲个数的正确性和稳定性，并且m、n之间差异变小或者大小关系发生反转，从而给后面的分析计算造成困难或误导，导致产生计量误差或者计量失败；本发明将各个LC振荡电路的谐振角频率设计为不相等，在有限的空间里布置多个LC振荡电路时，一个LC振荡电路在产生阻尼振荡期间受到其它LC振荡电路的影响小到可以忽略，各个LC振荡电路之间无干扰，犹如只有一个LC振荡电路一样，从而使得各个LC振荡电路能很好的识别自身的振荡信号，实现无磁传感功能，同时提高计量的精确性。

(2)本发明将各个LC振荡电路的谐振角频率设计为不相等，可以在避免各个LC振荡电路出现相互耦合、干扰的同时，减小无磁传感器的体积，从而降低成本。

附图说明

图1为现有的无磁传感器的扫描模块与三个LC振荡电路的电路连接关系示意图。

图2为某个时刻现有的无磁传感器的三个LC振荡电路的电感投影在塑料圆盘上的示意图。

图3为理论状态下电感位于塑料面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图4为理论状态下电感位于金属面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图5为实际状态下现有的电感位于塑料面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图6为实际状态下现有的电感位于金属面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图7为本发明的实施例1中扫描模块与三个LC振荡电路的电路连接关系示意图。

图8为某个时刻本发明的实施例1中的三个LC振荡电路的电感投影在塑料圆盘上的示意图。

图9为实际状态下实施例1中的电感位于塑料面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图10为实际状态下实施例1中的电感位于金属面上方的LC振荡电路的振荡波形图。

图11为本发明的实施例4中扫描模块与四个LC振荡电路的电路连接关系示意图。

图12为某个时刻本发明的实施例4中的四个LC振荡电路的电感投影在塑料圆盘上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

实施例1：如图7、图8所示的无磁传感器，包括扫描模块1、三个LC振荡电路(即第一个LC振荡电路4、第二个LC振荡电路5、第三个LC振荡电路6)和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片2的塑料圆盘3，金属片2为半圆形，覆盖塑料圆盘3上表面的一半。第一个LC振荡电路4由第一电容C₁与第一电感L₁并联构成，第一个LC振荡电路4的谐振角频率

第二个LC振荡电路5由第二电容C₂与第二电感L₂并联构成，第二个LC振荡电路5的谐振角频率

第三个LC振荡电路6由第三电容C₃与第三电感L₃并联构成，第三个LC振荡电路6的谐振角频率

其中，L₁＝L₂＝L₃，C₁≠C₂≠C₃，ω₁≠ω₂≠ω₃，ω₂-ω₁＝Δω₂₁，

ω₃-ω₂＝Δω₃₂，

ω₃-ω₁＝Δω₃₁，

第一个LC振荡电路4、第二个LC振荡电路5、第三个LC振荡电路6的一端都接扫描模块1的公共激励输出端OUT，第一个LC振荡电路4的另一端接扫描模块1的第一个输入端IN1，第二个LC振荡电路5的另一端接扫描模块1的第二个输入端IN2，第三个LC振荡电路6的另一端接扫描模块1的第三个输入端IN3，扫描模块1的公共激励输出端OUT通过电容C接地，扫描模块1的电源端VSS直接接地。第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃位于同一平面内与塑料圆盘3正对且设置在塑料圆盘3的上方，图8中的三个小圆圈表示某个时刻第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃在塑料圆盘3上的投影，第二电感L₂的设置位置与第一电感L₁的设置位置之间的夹角为90°，第三电感L₃的设置位置与第一电感L₁的设置位置之间的夹角为135°，第三电感L₃的设置位置与第二电感L₂的设置位置之间的夹角为135°。

虽然塑料圆盘3的大小已确定，第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃之间的间距已确定，但是由于第一个LC振荡电路4、第二个LC振荡电路5、第三个LC振荡电路6的谐振角频率互不相等，且达到一定程度，各个LC振荡电路会产生如图9、图10所示的振荡波形，该振荡波形为较理想的阻尼振荡波形。这样，扫描模块1内的比较器就能输出连续、完整，且数量正确的脉冲串到扫描模块内的计数器，扫描模块1根据各个计数器记录的脉冲数变化的次数和顺序，就可正确计算出叶轮旋转的方向和旋转的圈数，从而达到准确计量的目的。

实施例2：本实施例中的无磁传感器的结构与实施例1的结构大部分相同，不同之处在于：L₁≠L₂≠L₃(即第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃不相等)，C₁＝C₂＝C₃(即第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃相等)。

实施例3：本实施例中的无磁传感器的结构与实施例1的结构大部分相同，不同之处在于：L₁≠L₂≠L₃(即第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃不相等)，C₁≠C₂≠C₃(即第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃不相等)。

实施例4：如图11、图12所示的无磁传感器，包括扫描模块1、四个LC振荡电路(即第一个LC振荡电路4、第二个LC振荡电路5、第三个LC振荡电路6、第四个LC振动电路7)和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片2的塑料圆盘3，金属片2为半圆形，覆盖塑料圆盘3上表面的一半。第一个LC振荡电路4由第一电容C₁与第一电感L₁并联构成，第一个LC振荡电路4的谐振角频率

第二个LC振荡电路5由第二电容C₂与第二电感L₂并联构成，第二个LC振荡电路5的谐振角频率

第三个LC振荡电路6由第三电容C₃与第三电感L₃并联构成，第三个LC振荡电路6的谐振角频率

第四个LC振荡电路7由第四电容C₄与第四电感L₄并联构成，第四个LC振荡电路7的谐振角频率

其中，L₁＝L₂＝L₃＝L₄，C₁≠C₂≠C₃≠C₄，ω₁≠ω₂≠ω₃≠ω₄，ω₂-ω₁＝Δω₂₁，

ω₃-ω₂＝Δω₃₂，

ω₄-ω₃＝Δω₄₃

ω₄-ω₁＝Δω₄₁，

第一个LC振荡电路4、第二个LC振荡电路5、第三个LC振荡电路6、第四个LC振荡电路7的一端都接扫描模块1的公共激励输出端OUT，第一个LC振荡电路4的另一端接扫描模块1的第一个输入端IN1，第二个LC振荡电路5的另一端接扫描模块1的第二个输入端IN2，第三个LC振荡电路6的另一端接扫描模块1的第三个输入端IN3，第四个LC振荡电路7的另一端接扫描模块1的第四个输入端IN4，扫描模块1的公共激励输出端OUT通过电容C接地，扫描模块1的电源端VSS直接接地。第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄位于同一平面内与塑料圆盘3正对且设置在塑料圆盘3的上方，图12中的四个小圆圈表示某个时刻第一电感L₁、第二电感L₂、第三电感L₃、第四电感L₄在塑料圆盘3上的投影，相邻两个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角为90°(即第二电感L₂的设置位置与第一电感L₁的设置位置之间的夹角为90°，第三电感L₃的设置位置与第二电感L₂的设置位置之间的夹角为90°，第四电感L₄的设置位置与第三电感L₃的设置位置之间的夹角为90°，第四电感L₄的设置位置与第一电感L₁的设置位置之间的夹角为90°)。

Claims (9)

1.一种无磁传感器，包括扫描模块(1)、与扫描模块电连接的多个LC振荡电路和安装在叶轮上端且上表面部分覆盖有金属片(2)的塑料圆盘(3)，所述多个LC振荡电路的电感与所述塑料圆盘(3)正对且设置在塑料圆盘(3)的上方；其特征在于：各个LC振荡电路的谐振角频率不相等。

2.根据权利要求1所述的无磁传感器，其特征在于：所述各个LC振荡电路的电感值相等、电容值不相等。

3.根据权利要求1所述的无磁传感器，其特征在于：所述各个LC振荡电路的电容值相等、电感值不相等。

4.根据权利要求1所述的无磁传感器，其特征在于：所述各个LC振荡电路的电感值不相等、电容值不相等。

5.根据权利要求1至4任一所述的无磁传感器，其特征在于：所述各个LC振荡电路的谐振角频率之间的最小差值与各个LC振荡电路的电感之间的空间距离成反比。

6.根据权利要求1至4任一所述的无磁传感器，其特征在于：所述金属片(2)为半圆形，覆盖所述塑料圆盘(3)上表面的一半；所述LC振荡电路的个数为三个，三个LC振荡电路的电感设置在同一平面内，第二个LC振荡电路的电感设置位置与第一个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角为90°，第三个LC振荡电路的电感设置位置与第一个、第二个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角都为135°。

7.根据权利要求1至4任一所述的无磁传感器，其特征在于：所述金属片(2)为半圆形，覆盖所述塑料圆盘(3)上表面的一半；所述LC振荡电路的个数为四个，四个LC振荡电路的电感设置在同一平面内，相邻两个LC振荡电路的电感设置位置之间的夹角为90°。

8.根据权利要求6所述的无磁传感器，其特征在于：所述第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₂₁，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂的差为Δω₃₂，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₃₁，且

其中，a＞1。

9.根据权利要求7所述的无磁传感器，其特征在于：第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₂₁，且

第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃与第二个LC振荡电路的谐振角频率ω₂的差为Δω₃₂，且

第四个LC振荡电路的谐振角频率ω₄与第三个LC振荡电路的谐振角频率ω₃的差为Δω₄₃，且

第四个LC振荡电路的谐振角频率ω₄与第一个LC振荡电路的谐振角频率ω₁的差为Δω₄₁，且

其中，b＞1。

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