CN110530249B - 一种感应同步器的前置放大器及其感应同步器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应同步器的前置放大器及其感应同步器，该前置放大器包括前级放大器、后级放大器、第一电位器、第二电位器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，前级放大器的1脚、8脚与第一电位器电连接，前级放大器的2脚、3脚与定尺电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，后级放大器的1脚、8脚与第二电位器电连接，后级放大器的6脚与第五电容的第一端电连接，电容的第二端信号输出。本发明的前置放大器的非线性失真小、幅频特性和相频特性好、高带宽、温度漂移小。而且前置放大器外围元件很少，电路简单可靠，从而提高感应同步器的稳定性。

Description

一种感应同步器的前置放大器及其感应同步器

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体为一种感应同步器的前置放大器及其感应同步器。

背景技术

感应同步器是一种将直线位移或转角位移转化成电信号的传感器。按其运动方式和结构形式的不同，可分为圆盘式和直线式两种，前者用来检测角位移，后者用来检测直线位移。国内在卧式镗床、龙门铣床等得到普遍应用，用来显示机床各轴坐标位移量。

感应同步器有鉴幅型和鉴相型两种工作方式。基本运行方式有以下4种:①单相励磁,两相输出，采用鉴相方式，精确反映位移信号；②单相励磁,两相输出,采用鉴幅方式，较精确反映位移信号；③两相励磁，单相输出，采用鉴相方式,精确反映位移信号；④两相励磁,单相输出，采用鉴幅方式，较精确反映位移信号。

比如国产SF13型感应同步器属于两相励磁,单相输出，采用鉴幅方式。安装时，定尺和滑尺安装气隙一般必须保持在0.25±0.05mm的范围内。感应同步器感应输出的电信号很微弱,不管感应同步器是鉴幅型还是鉴相型的，不管是圆盘式或直线式的，都需要用前置放大器将输出电信号进行不失真放大处理,以便准确测量位移量,国产SF13型前置放大器采用分立元件电路，用晶体三极管构成多级放大器，由于分立元件放大电路中三极管特性参数的离散性大，三极管伏安特性随温度变化影响很大(比如放大倍数)，分立元件电路噪声较大，产品的一致性差，造成前置放大器稳定性较差。

因此，亟需一种稳定性较好的感应同步器的前置放大器及其感应同步器。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种感应同步器的前置放大器及其感应同步器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种感应同步器的前置放大器，包括前级放大器、后级放大器、第一电位器、第二电位器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，前级放大器的1脚与第一电位器的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻的第一端、感应同步器的定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻的第二端、感应同步器的定尺的第二端电连接，第一电阻的第二端、第二电阻的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容的第一端电连接，第五电容的第二端信号输出，后级放大器的5脚接地；第一电容、第三电容的第一端与+15V电连接，第二电容、第四电容的第二端与-15V电连接，第一电容的第二端、第三电容的第二端、第二电容的第一端、第四电容的第一端接地。

作为本发明的一种优选技术方案，前级放大器、后级放大器为INA118仪表放大器。

作为本发明的一种优选技术方案，INA118仪表放大器的内置结构包括2个过电压保护结构、第一运放、第二运放、第三运放、2个25KΩ电阻、4个60KΩ电阻，2个过电压保护结构的输入端与INA118仪表放大器的2脚、3脚电连接，2个过电压保护结构的输出端分别与第一运放、第二运放的同相输入端电连接，第一运放的反相输入端与第一个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的1脚电连接，第一运放的输出端与第一个25KΩ电阻的第二端、第一个60KΩ电阻的第一端电连接，第一个60KΩ电阻的第二端与第二个60KΩ电阻的第一端、第三运放的反相输入端电连接，第二个60KΩ电阻的第二端与第三运放的输出端、INA118仪表放大器的6脚电连接；第二运放的反相输入端与第二个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的8脚电连接，第二运放的输出端与第二个25KΩ电阻的第二端、第三个60KΩ电阻的第一端电连接，第三个60KΩ电阻的第二端与四个60KΩ电阻的第一端、第三运放的同相输入端电连接，第四个60KΩ电阻的第二端与INA118仪表放大器的5脚电连接。

作为本发明的一种优选技术方案，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容为滤波电容，第五电容为隔直流电容。

作为本发明的一种优选技术方案，本发明还提供一种感应同步器，包括前置放大器、定尺、滑尺、数显表和励磁器，前置放大器包括前级放大器、后级放大器、第一电位器、第二电位器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，前级放大器的1脚与第一电位器的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻的第一端、定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻的第二端、定尺的第二端电连接，第一电阻的第二端、第二电阻的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容的第一端电连接，第五电容的第二端与数显表的输入端电连接，后级放大器的5脚接地；第一电容、第三电容的第一端与+15V电连接，第二电容、第四电容的第二端与-15V电连接，第一电容的第二端、第三电容的第二端、第二电容的第一端、第四电容的第一端接地；滑尺包括正弦绕组和余弦绕组，正弦绕组和余弦绕组的第一端、第二端分别与励磁器的输出端电连接，励磁器的输入端与数显表的输出端电连接。

本发明的有益效果是：本发明的前置放大器的非线性失真小、幅频特性和相频特性好、高带宽、温度漂移小。而且前置放大器外围元件很少，电路简单可靠，从而提高感应同步器的稳定性。

附图说明

图1是本发明一种感应同步器的前置放大器的电气原理图。

图2是本发明一种感应同步器的前置放大器中电源的电气原理图。

图3是本发明一种感应同步器的电气原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了达到本发明的目的，如图1至图2所示，在本发明的其中一种实施方式中提供一种感应同步器的前置放大器，包括前级放大器、后级放大器、第一电位器RP1、第二电位器RP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，前级放大器的1脚与第一电位器RP1的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器RP1的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻R1的第一端、感应同步器的定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻R2的第二端、感应同步器的定尺的第二端电连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器RP2的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器RP2的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容C5的第一端电连接，第五电容C5的第二端信号输出，后级放大器的5脚接地；第一电容C1、第三电容C3的第一端与+15V电连接，第二电容C2、第四电容C4的第二端与-15V电连接，第一电容C1的第二端、第三电容C3的第二端、第二电容C2的第一端、第四电容C4的第一端接地。

其中，前级放大器、后级放大器为INA118仪表放大器。

具体地，INA118仪表放大器的内置结构包括2个过电压保护结构、第一运放、第二运放、第三运放、2个25KΩ电阻、4个60KΩ电阻，2个过电压保护结构的输入端与INA118仪表放大器的2脚、3脚电连接，2个过电压保护结构的输出端分别与第一运放、第二运放的同相输入端电连接，第一运放的反相输入端与第一个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的1脚电连接，第一运放的输出端与第一个25KΩ电阻的第二端、第一个60KΩ电阻的第一端电连接，第一个60KΩ电阻的第二端与第二个60KΩ电阻的第一端、第三运放的反相输入端电连接，第二个60KΩ电阻的第二端与第三运放的输出端、INA118仪表放大器的6脚电连接；第二运放的反相输入端与第二个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的8脚电连接，第二运放的输出端与第二个25KΩ电阻的第二端、第三个60KΩ电阻的第一端电连接，第三个60KΩ电阻的第二端与四个60KΩ电阻的第一端、第三运放的同相输入端电连接，第四个60KΩ电阻的第二端与INA118仪表放大器的5脚电连接。

其中，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4为滤波电容，第五电容C5为隔直流电容。

如图3所示，为了进一步地优化本发明的实施效果，在本发明的另一种实施方式中，在前述内容的基础上，本发明还提供一种感应同步器，包括前置放大器、定尺、滑尺、数显表和励磁器，前置放大器包括前级放大器、后级放大器、第一电位器RP1、第二电位器RP2、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，前级放大器的1脚与第一电位器RP1的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器RP1的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻R1的第一端、定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻R2的第二端、定尺的第二端电连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器RP2的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器RP2的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容C5的第一端电连接，第五电容C5的第二端与数显表的输入端电连接，后级放大器的5脚接地；第一电容C1、第三电容C3的第一端与+15V电连接，第二电容C2、第四电容C4的第二端与-15V电连接，第一电容C1的第二端、第三电容C3的第二端、第二电容C2的第一端、第四电容C4的第一端接地；滑尺包括正弦绕组和余弦绕组，正弦绕组和余弦绕组的第一端、第二端分别与励磁器的输出端电连接，励磁器的输入端与数显表的输出端电连接。

具体地，本实施方式中励磁器内部由两个高频变压器组成，没有其他元件，所以励磁器故障率较低。电连接采用连接电缆，因为连接电缆内部导线断裂是常见故障，因此采用屏蔽多芯线，穿在金属软管或者坦克链里边。前置放大器起到线性放大定尺上感应信号的作用，如果不稳定将引起数显表读数不准。定尺与滑尺的安装气隙一般为0.25±0.05mm，如果间隙过小，定尺与滑尺容易相碰或被铁屑划伤，间隙过大定尺感应信号将会太弱。本实施方式中前置放大器与数显表连接电源电压是±15V双电源，如果数显表是单电源的，那么前置放大器电路也要改成单电源供电。前置放大器的总电压增益要根据数显表对输入信号幅值的要求来调整第一电位器RP1、第二电位器RP2。

其中，INA118仪表放大器的主要技术参数如下：

低偏置电压：最大50mV；

低温度漂移：最大0.5mV/℃；

低输入偏置电流：最大5nA；

高共模抑制比CMRR：最小110dB；

输入受到±40V的保护；

宽电源范围：±1.35至±18V；

低静态电流：350mA；

-40℃至+85℃的工作温度范围；

INA118集成电路封装：8脚DIP双列直插封装和SO-8表面贴装封装。

本发明的前置放大器由两片INA118仪表放大器组成，外围元件很少，电路简单可靠。INA118仪表放大器是一款低功耗通用仪器放大器，它的多功能三运放设计、电流反馈输入电路即使在高电平也能提供高带宽，增益(G＝100时为70kHz)。单个外部电阻可将增益设置为1到10,000倍。内部输入保护电路可承受高达±40V的电压不损坏。INA118仪表放大器采用激光修整，具有极低的失调电压(50mV)，低温度漂移(0.5mV/℃)和高共模抑制比(G＝1000时为110dB)。电源电压可低至±1.35V，静态电流仅350mA。基于以上性能本前置放大器的非线性失真小、幅频特性和相频特性好、高带宽、温度漂移小。第一电位器RP1调节前级放大器IC1增益，第二电位器RP2调节后级放大器IC2增益。如果前置放大器IC1增益已确定不需调节，可把第一电位器RP1、第二电位器RP2用精密电阻器代替，本前置放大器电路总电压增益(G)，G＝G1*G2；G1＝1+50kΩ/RP1；G2＝1+50kΩ/RP2。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种感应同步器的前置放大器，其特征在于，包括前级放大器、后级放大器、第一电位器、第二电位器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，前级放大器的1脚与第一电位器的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻的第一端、感应同步器的定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻的第二端、感应同步器的定尺的第二端电连接，第一电阻的第二端、第二电阻的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容的第一端电连接，第五电容的第二端信号输出，后级放大器的5脚接地；第一电容、第三电容的第一端与+15V电连接，第二电容、第四电容的第二端与-15V电连接，第一电容的第二端、第三电容的第二端、第二电容的第一端、第四电容的第一端接地；

前级放大器、后级放大器为INA118仪表放大器；INA118仪表放大器的内置结构包括2个过电压保护结构、第一运放、第二运放、第三运放、2个25KΩ电阻、4个60KΩ电阻，2个过电压保护结构的输入端与INA118仪表放大器的2脚、3脚电连接，2个过电压保护结构的输出端分别与第一运放、第二运放的同相输入端电连接，第一运放的反相输入端与第一个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的1脚电连接，第一运放的输出端与第一个25KΩ电阻的第二端、第一个60KΩ电阻的第一端电连接，第一个60KΩ电阻的第二端与第二个60KΩ电阻的第一端、第三运放的反相输入端电连接，第二个60KΩ电阻的第二端与第三运放的输出端、INA118仪表放大器的6脚电连接；第二运放的反相输入端与第二个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的8脚电连接，第二运放的输出端与第二个25KΩ电阻的第二端、第三个60KΩ电阻的第一端电连接，第三个60KΩ电阻的第二端与四个60KΩ电阻的第一端、第三运放的同相输入端电连接，第四个60KΩ电阻的第二端与INA118仪表放大器的5脚电连接。

2.根据权利要求1所述的感应同步器的前置放大器，其特征在于，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容为滤波电容，第五电容为隔直流电容。

3.一种感应同步器，其特征在于，包括前置放大器、定尺、滑尺、数显表和励磁器，前置放大器包括前级放大器、后级放大器、第一电位器、第二电位器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，前级放大器的1脚与第一电位器的第一端电连接，前级放大器的8脚与第一电位器的第二端电连接，前级放大器的2脚与第一电阻的第一端、定尺的第一端电连接，前级放大器的3脚与第二电阻的第二端、定尺的第二端电连接，第一电阻的第二端、第二电阻的第一端接地，前级放大器的7脚与+15V电连接，前级放大器的4脚与-15V电连接，前级放大器的6脚与后级放大器的2脚电连接，前级放大器的5脚、后级放大器的3脚接地，后级放大器的1脚与第二电位器的第一端电连接，后级放大器的8脚与第二电位器的第二端电连接，后级放大器的7脚与+15V电连接，后级放大器的4脚与-15V电连接，后级放大器的6脚与第五电容的第一端电连接，第五电容的第二端与数显表的输入端电连接，后级放大器的5脚接地；第一电容、第三电容的第一端与+15V电连接，第二电容、第四电容的第二端与-15V电连接，第一电容的第二端、第三电容的第二端、第二电容的第一端、第四电容的第一端接地；滑尺包括正弦绕组和余弦绕组，正弦绕组和余弦绕组的第一端、第二端分别与励磁器的输出端电连接，励磁器的输入端与数显表的输出端电连接；

前级放大器、后级放大器为INA118仪表放大器；INA118仪表放大器的内置结构包括2个过电压保护结构、第一运放、第二运放、第三运放、2个25KΩ电阻、4个60KΩ电阻，2个过电压保护结构的输入端与INA118仪表放大器的2脚、3脚电连接，2个过电压保护结构的输出端分别与第一运放、第二运放的同相输入端电连接，第一运放的反相输入端与第一个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的1脚电连接，第一运放的输出端与第一个25KΩ电阻的第二端、第一个60KΩ电阻的第一端电连接，第一个60KΩ电阻的第二端与第二个60KΩ电阻的第一端、第三运放的反相输入端电连接，第二个60KΩ电阻的第二端与第三运放的输出端、INA118仪表放大器的6脚电连接；第二运放的反相输入端与第二个25KΩ电阻的第一端、INA118仪表放大器的8脚电连接，第二运放的输出端与第二个25KΩ电阻的第二端、第三个60KΩ电阻的第一端电连接，第三个60KΩ电阻的第二端与四个60KΩ电阻的第一端、第三运放的同相输入端电连接，第四个60KΩ电阻的第二端与INA118仪表放大器的5脚电连接。

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