CN110823283A - 一种电容、温度信号传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容、温度信号传感器，包括电容信号获取模块、温度信号获取模块以及信号耦合传输模块；电容信号获取模块用于获取激光切割器喷嘴与板材之间的电容信号，并将电容信号转换成高频振荡信号；温度信号获取模块用于获取所处环境的温度信号并将温度信号转换成低频振荡信号；信号耦合传输模块用于将高频振荡信号及低频振荡信号进行耦合并传输至接收端；接收端基于接收到的耦合信号进行解调得到电容信号及温度信号。本发明将获取的电容信号及温度信号进行处理并耦合后通过一根同轴电缆进行传输，避免了多路信号传输需布置多路连接线的问题，有利于拖链布线以及传感器结构的设计。

Description

一种电容、温度信号传感器
技术领域
本发明属于信号传感技术领域，尤其涉及一种电容、温度信号传感器。
背景技术
在激光切割数控机床中，通常会用到电容传感器，用于检测切割喷嘴到板材工件的距离。电容传感器中的重要组成部件是前置放大电路，前置放大电路的电子器件是一种对温度敏感的器件，温度过高不仅会影响电子器件的性能，严重的可能会使器件损坏。而激光切割电容传感器恰巧处于靠近热源的地方，高功率厚板切割产生温度较高，对电容传感器电子器件的影响更加明显，因此传统的方案是将电容传感器前置放大电路外置，远离热源。但近年来，行业的趋势是将电路板内置化，因此有必要将传感器电路板的温度进行检测并将信号传输至电柜中的信号控制盒，当温度过高时可产生报警信息停止加工，防止进一步损坏电路器件。传统的温度传感器通常是工业数字总线接口，如串行外设接口(SerialPeripheral Interface，SPI)、集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，IIC)等，均不利于远距离传输，同时，由于其传输还额外需要更多的连接线，会造成线束多，接口复杂，不利于拖链布线和电容传感器结构设计。
发明内容
本发明提供一种电容、温度信号传输方法及一种电容、温度传感装置，用以解决现有技术中电容传感器添加温度传感功能需额外添加连接线、不利于拖链布线和传感器结构设计的技术问题。
本发明提供一种电容、温度信号传感器，传感器包括：电容信号获取模块、温度信号获取模块以及信号耦合传输模块；
所述电容信号获取模块与所述温度信号获取模块分别与所述信号耦合传输模块的一端连接，所述信号耦合传输模块的另一端连接信号输出线；
所述电容信号获取模块用于获取激光切割器喷嘴与板材之间的电容信号，并将所述电容信号转换成高频振荡信号；
所述温度信号获取模块用于获取所处环境的温度信号并将所述温度信号转换成低频振荡信号；
所述信号耦合传输模块用于将所述高频振荡信号及所述低频振荡信号进行耦合并传输至接收端；所述接收端基于接收到的耦合信号进行解调得到所述电容信号及所述温度信号。
优选地，所述电容信号获取模块包括：电容信号获取组件、振荡电路以及第一高通滤波器；所述电容信号获取装置获取的电容信号经所述振荡电路转换成所述高频振荡信号，所述高频振荡信号经过所述第一高通滤波器进行滤波后传输至所述信号耦合传输模块。
优选地，所述温度信号获取模块包括：温度信号获取组件、温度频率转换装置、单稳态触发器、耦合电路以及第一低通滤波器；所述温度信号获取装置获取的温度信号经所述温度频率转换装置转换成低频脉冲信号，所述低频脉冲信号经所述单稳态触发器固定高电平脉冲宽度，再经所述耦合电路耦合得到所述低频振荡信号，所述低频振荡信号经所述第一低通滤波器滤波后传输至所述信号耦合传输模块。
优选地，所述信号耦合传输模块为BNC接口，所述信号输出线为同轴电缆。
优选地，所述接收端包括电容信号解调模块和温度信号解调模块。
优选地，所述电容信号解调模块包括：第二高通滤波器、第一整形电路以及电容信号解析装置；
所述第二高通滤波器用于提取所述耦合信号中的高频振荡信号；
所述第一整形电路用于将所述高频振荡信号转换成电容方波信号；
所述电容信号解析装置用于将所述电容方波信号进行解析得到电容信号。
优选地，所述温度信号解调模块包括：第二低通滤波器、第二整形电路以及温度信号解析装置；
所述第二低通滤波器用于提取所述耦合信号中的低频振荡信号；
所述第二整形电路用于将所述低频振荡信号转换成温度方波信号；
所述温度信号解析装置用于将所述温度方波信号进行解析得到温度信号。
从上述本发明实施例可知，本申请实施例提供的电容、温度信号的传输方法，通过将获取的电容、温度信号分别转换成高频振荡信号和低频振荡信号，将转化得到的高频振荡信号及低频振荡信号进行耦合后通过同轴电缆进行传输，该方法实现了电容、温度信号的耦合传输，相对于传统的传感器使用工业数字总线接口进行信号传输，本申请实施例提供的传感器实现一根电缆传输多路信号，无需额外连接线路，更加有利于拖链布线以及传感器结构设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的电容信号获取模块的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的温度信号获取模块的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的接收端的模块示意图；
图5为本申请实施例提供的电容信号解调模块的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的温度信号解调模块的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的接收端的实现电路图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的结构示意图，传感器包括：电容信号获取模块101，温度信号获取模块102以及信号耦合传输模块103；
电容信号获取模块101与温度信号获取模块102分别与信号耦合传输模块103的一端连接，信号耦合传输模块的另一端连接信号输出线；
电容信号获取模块101用于获取激光切割器喷嘴与板材之间的电容信号，并将电容信号转换成高频振荡信号；
温度信号获取模块102用于获取所处环境的温度信号并将温度信号转换成低频振荡信号；
信号耦合传输模块103用于将高频振荡信号及低频振荡信号进行耦合并传输至接收端；接收端基于接收到的耦合信号进行解调得到电容信号及温度信号。
在本申请实施例中，电容信号获取模块101与温度信号获取模块102分别对激光器切割喷嘴到板材间的电容信号以及传感器前置放大电路处的温度信号进行采集。由于传统的传感器采用工业数字总线接口，各路数据传输均需单独牵线，导致多路信号传输时线束多，接口复杂，不利于拖链布线和传感器的结构设计。为解决此问题，本申请实施例提供的电容、温度信号传感器将多路信号耦合后进行传输，为便于多路信号耦合，需对采集到的电容信号及温度信号进行适当处理。电容信号获取模快101具有信号转换功能，将获取得到的电容信号转换成高频振荡信号。温度信号获取模块102也具有信号转换功能，将获取得到的温度信号转换成低频振荡信号。两路振荡信号传输至信号耦合传输模块103进行耦合并由输出线传输至信号接收端。信号接收端通过一定的解调技术从耦合信号中分别或的电容及温度信号，从而实现电容、温度信号的传播和监控。
从上述实施例可知，本申请实施例提供的电容、温度信号传感器，通过分别将获取到的电容及温度信号转换成可以进行耦合的高频振荡信号及低频振荡信号，再将两路信号进行耦合后进行传输。如此仅需单路传输线即可实现信号的多路传输，避免多布线、传输线束多问题，更加有利于拖链布线以及传感器结构设计。
优选地，电容信号获取模块101包括：电容信号获取组件201、振荡电路202以及第一高通滤波器203；电容信号获取组件201获取的电容信号经振荡电路202转换成高频振荡信号，高频振荡信号经过第一高通滤波器203进行滤波后传输至信号耦合传输模块103。
在本申请实施例中，如图2所示，为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的电容信号获取模块的结构示意图。采用电容信号获取组件201获取激光切割器喷嘴与板材之间的电容信号，电容信号获取组件可以是电容测试仪。将获取到的电容信号经振荡电路202转换成高频振荡信号，该高频振荡信号经第一高通滤波器203进行滤波后传输至信号耦合模块103进行信号耦合。
优选地，温度信号获取模块102包括：温度信号获取组件301、温度频率转换装置302、单稳态触发器303、耦合电路304以及第一低通滤波器305；温度信号获取装置301获取的温度信号经温度频率转换装置302转换成低频脉冲信号，低频脉冲信号经单稳态触发器303固定高电平脉冲宽度，再经耦合电路304处理得到低频振荡信号，低频振荡信号经第一低通滤波器305滤波后传输至信号耦合传输模块。
在本申请实施例中，如图3所示，为本申请实施例提供的电容、温度信号传感器的温度信号获取模块的结构示意图。温度信号获取模块102包含温度信号获取组件301、温度频率转换装置302、单稳态触发器303、耦合电路304以及第一低通滤波器305。温度信号获取组件301可以是温度检测芯片，温度信号获取组件实时获取传感器前置放大电路处的环境温度值，温度信号经由温度频率转换装置302转换成低频脉冲信号，低频脉冲信号经过单稳态触发器303以固定其高电平脉冲宽度，再经耦合电路304进行适应性处理后得到低频振荡信号，低频振荡信号经第一低频滤波器305进行滤波后传输至信号耦合输出模块103。高频振荡信号及低频振荡信号由于具有较大频率差异，耦合后的信号在同轴电缆中传输不会产生相互干扰。
优选地，信号耦合传输模块103为BNC接口，信号输出线为同轴电缆。
在本申请实施例中，高频振荡信号及低频振荡信号经卡扣配合型连接器(BayonetNut Connector，BNC)耦合后通过同轴电缆传输至输出端，使用同轴电缆进行信号传输具有信号损耗小的优势，可以实现更远距离的信号传输。
优选地，接收端包括电容信号解调模块401和温度信号解调模块402。
在本申请实施例中，如图4所示，为本申请实施例提供的接收端的模块示意图，接收端包括电容信号解调模块401和温度信号解调模块402。电容信号解调模块401从耦合信号中解调得到电容信号，温度解调模块402从耦合信号中解调得到温度信号。
优选地，电容信号解调模块401包括：第二高通滤波器501、第一整形电路502以及电容信号解析装置503；
第二高通滤波器501用于提取所述耦合信号中的高频振荡信号；
第一整形电路502用于将所述高频振荡信号转换成电容方波信号；
电容信号解析装置503用于将所述电容方波信号进行解析得到电容信号。
在本申请实施例中，如图5所示，为本申请实施例提供的电容信号解调模块的结构示意图。耦合信号经过第二高通滤波器501进行滤波，将耦合信号中的低频振荡信号进行滤除并保留高频振荡信号。由于经同轴电缆及BNC接口传输的振荡信号为正弦波形信号，不利于对频率进行分析获取电容信号，因此采用第一整形电路502对高频振荡信号进行整形，得到方波信号，再使用电容信号解析装置503对方波信号进行频率分析得到电容值，即电容信号。
优选地，温度信号解调模块402包括：第二低通滤波器601、第二整形电路602以及温度信号解析装置603；
第二低通滤波器601用于提取所述耦合信号中的低频振荡信号；
第二整形电路602用于将所述低频振荡信号转换成温度方波信号；
温度信号解析装置603用于将所述温度方波信号进行解析得到温度信号。
在本申请实施例中，如图6所示，为本申请实施例提供的温度信号解调模块的结构示意图。耦合信号经过第二低通滤波器601进行滤波，滤除高频振荡信号，得到低频振荡信号。将低频振荡信号通过第二整形电路602进行整形，得到方波信号，再将方波信号进行频率解析得到温度值，即温度信号。
具体地，如图7所示，为本申请实施例提供的接收端对电容信号以及温度信号进行提取的实现电路图。图中P1为BNC同轴电缆接口，其1号引脚接地，2号引脚连接两部分电路分别为电容信号解调模块401以及温度信号解调模块402。
电容信号解调电路中C1、C2、R2、R4构成第二高通滤波器501，提取同轴电缆传输的耦合信号中的高频振荡信号。U1、R1、R3、R6构成滞回比较器，即第一整形电路502，将滤波得到的高频振荡信号从正弦信号整形成电容方波信号以便电容信号解析装置503解析得到电容信号。其中U2为分频器件，用于将电容方波信号进行分频以便更好地进行测频以解析得到电容信号。
温度信号解调电路中Q1、R8、R10、R11构成射频跟随电路，提升输入阻抗，R8、R10的分压使Q1基极合理偏置以工作在放大状态。C5、C6、R9、R12构成第二低通滤波器601，提取耦合信号中的低频振荡信号。U5、R13、C10、R17构成有源放大滤波电路，将小信号进行放大并滤除高频噪声。U4、R14、R15、R16构成滞回比较器，即第二整形电路602，形成方波信号。U3及其外围器件构成单稳态触发器，用以控制波形占空比，以便温度信号解析装置更好地进行解析得到温度信号。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的技术方案的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种电容、温度信号传感器，其特征在于，所述传感器包括：电容信号获取模块、温度信号获取模块以及信号耦合传输模块；
所述电容信号获取模块与所述温度信号获取模块分别与所述信号耦合传输模块的一端连接，所述信号耦合传输模块的另一端连接信号输出线；
所述电容信号获取模块用于获取激光切割器喷嘴与板材之间的电容信号，并将所述电容信号转换成高频振荡信号；
所述温度信号获取模块用于获取所处环境的温度信号并将所述温度信号转换成低频振荡信号；
所述信号耦合传输模块用于将所述高频振荡信号及所述低频振荡信号进行耦合并传输至接收端；所述接收端基于接收到的耦合信号进行解调得到所述电容信号及所述温度信号。
2.根据权利要求1所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述电容信号获取模块包括：电容信号获取组件、振荡电路以及第一高通滤波器；所述电容信号获取组件获取的电容信号经所述振荡电路转换成所述高频振荡信号，所述高频振荡信号经过所述第一高通滤波器进行滤波后传输至所述信号耦合传输模块。
3.根据权利要求1所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述温度信号获取模块包括：温度信号获取组件、温度频率转换装置、单稳态触发器、耦合电路以及第一低通滤波器；所述温度信号获取组件获取的温度信号经所述温度频率转换装置转换成低频脉冲信号，所述低频脉冲信号经所述单稳态触发器固定高电平脉冲宽度，再经所述耦合电路耦合得到所述低频振荡信号，所述低频振荡信号经所述第一低通滤波器滤波后传输至所述信号耦合传输模块。
4.根据权利要求1所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述信号耦合传输模块为BNC接口，所述信号输出线为同轴电缆。
5.根据权利要求1所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述接收端包括电容信号解调模块和温度信号解调模块，所述电容解调模块用于从耦合信号中解调得到所述电容信号，所述温度解调模块用于从所述耦合信号中解调得到所述温度信号。
6.根据权利要求5所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述电容信号解调模块包括：第二高通滤波器、第一整形电路以及电容信号解析装置；
所述第二高通滤波器用于提取所述耦合信号中的高频振荡信号；
所述第一整形电路用于将所述高频振荡信号转换成电容方波信号；
所述电容信号解析装置用于将所述电容方波信号进行解析得到电容信号。
7.根据权利要求5所述的电容、温度信号传感器，其特征在于，所述温度信号解调模块包括：第二低通滤波器、第二整形电路以及温度信号解析装置；
所述第二低通滤波器用于提取所述耦合信号中的低频振荡信号；
所述第二整形电路用于将所述低频振荡信号转换成温度方波信号；
所述温度信号解析装置用于将所述温度方波信号进行解析得到温度信号。
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