CN116046045B - 一种电感式传感器的校准方法 - Google Patents

一种电感式传感器的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及测量距离技术领域，特别是涉及一种电感式传感器的校准方法。所述方法包括：S100，将待检测物体放置于目标位置，所述目标位置距离电感式传感器中振荡电路的距离为电感式传感器的检测距离；S200，控制供电电压输出端的电压不断减小或增大；S300，获取当前时刻的电压检测电路的输出端的电压ut；S400，如果满足ut<ut‑1、ut≤U0且ut‑1>U0或满足ut>ut‑1、ut≥U0且ut‑1<U0，则控制供电电压输出端的电压不再变化，并将当前时刻供电电压输出端的电压记录为电压调整电路的目标供电电压。本发明提高了对电感式传感器的校正效率。

Description

一种电感式传感器的校准方法
技术领域
本发明涉及测量距离技术领域，特别是涉及一种电感式传感器的校准方法
背景技术
电感式传感器利用电涡流效应可以检测距离其中振荡电路特定距离的被检测物体。由于电感式传感器在量产过程中会存在一定差异，为了准确检测距离其中振荡电路特定距离（即电感式传感器出厂时标定的检测距离）的被检测物体，往往需要对电感式传感器进行校准。现有的校准方法为：将待检测物体放置于距离振荡电路特定距离的位置，给电感式传感器中的供电端连接一个电压固定的电源，通过人工手动调整调节电阻的方式来确定振荡电路的停振时刻，将停振时刻调节电阻的阻值固定，由此校准完成。现有的校准方法需要人工手动完成校正，依赖的人力资源较大，且校正效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电感式传感器的校准方法，用于提高对电感式传感器的校正效率。
根据本发明，一种电感式传感器的校准方法，所述电感式传感器包括控制芯片、电压调整电路、振荡电路和电压检测电路，其中：所述控制芯片包括供电电压输出端和电压检测信号输入端；所述控制芯片的供电电压输出端连接所述电压调整电路的供电电压输入端，所述电压调整电路的第一电压输出端连接所述振荡电路的输入端，所述电压调整电路的第二电压输出端连接所述振荡电路的抽头端；所述电压检测电路包括电压检测支路和运算放大电路，其中，所述电压检测支路的输入端连接所述振荡电路的输出端，所述电压检测支路的接地端接地，所述电压检测支路的输出端连接所述运算放大电路的输入端，所述运算放大电路的输出端为所述电压检测电路的输出端，所述电压检测电路的输出端连接所述控制芯片的电压检测信号输入端；所述校准方法包括以下步骤：
S100，将待检测物体放置于目标位置，所述目标位置距离所述振荡电路电感式传感器中线圈的距离为所述电感式传感器的检测距离。
S200，控制所述供电电压输出端的电压不断减小或增大。
S300，获取当前时刻的所述电压检测电路的输出端的电压ut。
S400，如果满足ut<ut-1、ut≤U0且ut-1>U0或满足ut>ut-1、ut≥U0且ut-1<U0，则控制所述供电电压输出端的电压不再变化，并将当前时刻所述供电电压输出端的电压记录为所述电压调整电路的目标供电电压，所述目标供电电压为测量放置于所述目标位置的待检测物体时所述电压调整电路的供电电压；ut-1为当前时刻对应的上一时刻的所述电压检测电路的输出端的电压，U0为预设电压阈值。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明提供了一种新的电感式传感器，该电感式传感器中由控制芯片为其供电，在校准过程中，该控制芯片输出的电压是不断减小或不断增大的电压，本发明在控制芯片输出的电压不断变化的过程中，通过实时判断电压检测电路的输出端的电压是否满足预设的条件来判断电感式传感器中振荡电路的停振或起振时刻，由此获取了该电感式传感器对应的目标供电电压。本发明将被检测物体放置于目标位置之后的过程为自动化校准过程，提高了校准效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电感式传感器的电路示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种电感式传感器的电路示意图；
图3为本发明实施例提供的电感式传感器的校准方法的流程图；
其中标号说明：1-控制芯片，2-电压调整电路，3-电压检测电路，31-电压检测支路，32-运算放大电路，4-振荡电路。
具体实施方式
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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
根据本发明，提供一种电感式传感器的校准方法，如图1和2所示，所述电感式传感器包括控制芯片1、电压调整电路2、振荡电路4和电压检测电路3，其中：所述控制芯片1包括供电电压输出端和电压检测信号输入端；所述控制芯片1的供电电压输出端连接所述电压调整电路2的供电电压输入端，所述电压调整电路2的第一电压输出端连接所述振荡电路4的输入端，所述电压调整电路2的第二电压输出端连接所述振荡电路4的抽头端；所述电压检测电路3包括电压检测支路31和运算放大电路32，其中，所述电压检测支路31的输入端连接所述振荡电路4的输出端，所述电压检测支路31的接地端接地，所述电压检测支路31的输出端连接所述运算放大电路32的输入端，所述运算放大电路32的输出端为所述电压检测电路3的输出端，所述电压检测电路3的输出端连接所述控制芯片1的电压检测信号输入端。
可选的，所述控制芯片为MCU，型号为HC32F003。
如图3所示，本发明的电感式传感器的校准方法包括以下步骤：
S100，将待检测物体放置于目标位置，所述目标位置距离所述振荡电路的距离为所述电感式传感器的检测距离。
如图1所示，所述振荡电路4包括并联的振荡电容C2和振荡线圈L。应当理解的是，振荡电路4为电感式传感器的检测探头，如果电感式传感器出厂时标定的检测距离为8mm，那么所述目标位置距离所述振荡电路的距离为8mm。
S200，控制所述供电电压输出端的电压不断减小或增大。
可选的，控制所述供电电压输出端的电压不断线性减小或线性增大。
根据本发明，电感式传感器在量产过程中会存在一定的差异，所以待校正的电感式传感器对应的电压调整电路的目标供电电压可能会与标准的电感式传感器对应的电压调整电路的目标供电电压存在差异，本发明中如控制所述供电电压输出端的电压不断减小，那么开始减小的初始电压应大于U1+ΔU；如控制所述供电电压输出端的电压不断增大，那么开始增大的初始电压应小于U1-ΔU；U1为预设的标准电感式传感器中电压调整电路的目标供电电压，ΔU为预设电压冗余量。
S300，获取当前时刻的所述电压检测电路的输出端的电压ut。
S400，如果满足ut<ut-1、ut≤U0且ut-1>U0或满足ut>ut-1、ut≥U0且ut-1<U0，则控制所述供电电压输出端的电压不再变化，并将当前时刻所述供电电压输出端的电压记录为所述电压调整电路的目标供电电压，所述目标供电电压为测量放置于所述目标位置的待检测物体时所述电压调整电路的供电电压；ut-1为当前时刻对应的上一时刻的所述电压检测电路的输出端的电压，U0为预设电压阈值。
根据本发明，上述ut<ut-1、ut≤U0且ut-1>U0对应的是S200中控制所述供电电压输出端的电压不断减小时需要满足的条件；上述ut>ut-1、ut≥U0且ut-1<U0对应的是S200中控制所述供电电压输出端的电压不断增大时需要满足的条件。
可选的，所述电压调整电路2包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、偏置电阻R1和调节电阻R2，其中，所述偏置电阻R1的一端连接所述控制芯片1的供电电压输出端，所述偏置电阻R1的另一端连接所述第一开关管Q1的控制端和所述第二开关管Q2的控制端，所述第一开关管Q1的输出端连接所述振荡电路4的输入端；所述第二开关管Q2的输入端连接所述控制芯片1的供电电压输出端，所述第二开关管Q2的输出端连接所述调节电阻R2的一端，所述调节电阻R2的另一端连接所述振荡电路4的抽头端。本发明中第一开关管Q1和开关管Q2均为三极管，利用的是第一开关管Q1的基极和发射极间的二极管特性，因此第一开关管Q1被当作二极管用，这样，第二开关管Q2设定的直流偏置与第一开关管Q1的基极和发射极间的电压（VBE）的温度系数相抵消。偏置电阻R1为第二开关管Q2的基极偏置电阻，用偏置电阻R1设定振荡开始第二开关管Q2必要的集电极电流；由于偏置电阻R1与振荡电路4并联，因此，需要偏置电阻R1的阻值较高，使振荡电路4的品质因素（Q值）不降低。进一步的，所述电压调整电路2还包括电阻R3和电阻R4，所述调节电阻R2的另一端通过电阻R3和电阻R4的并联支路连接所述振荡电路4的抽头端。偏置电阻R1、电阻R3和电阻R4用于调整阻抗匹配，偏置电阻R1、电阻R3和电阻R4的阻值与检测距离有关。
根据本发明，U0的获取方法包括：
S410，将待检测物体放置于目标位置。
S420，将所述供电电压输出端的电压固定为U1，U1为预设的标准电感式传感器中电压调整电路的目标供电电压。
作为一个实施例，U1=2.5V，S200中控制所述供电电压输出端的电压从5V不断减小。
S430，如果振荡电路已停振，则不断调节所述调节电阻，直至所述振荡电路重新起振；如果所述振荡电路未停振，则不断调节所述调节电阻，直至所述振荡电路停振。
根据本发明，将所述振荡电路重新起振或所述振荡电路停振时对应的调节电阻的阻值固定，后续校准过程中该调节电阻的阻值不再发生变化。
S440，将所述振荡电路重新起振或振荡电路停振时所述电压检测电路的输出端的电压记录为U0。
可选的，所述电压检测支路31包括第一电阻R5、第二电阻R6和第二电容C3，其中，所述第一电阻R5的一端连接所述振荡电路4的输出端，所述第一电阻R5的另一端连接所述第二电阻R6的一端和所述运算放大电路的输入端，所述第二电阻R6的另一端接地，所述第二电容C3与所述第二电阻R6并联连接。本发明中，电感式传感器中所述振荡电路4产生的正弦波经第二电阻R6和第二电容C3滤波后转化为直流电位，该直流电位作为所述运算放大电路的输入端的电位。
可选的，运算放大电路32包括运算放大器、第三电阻R7和第四电阻R8，其中，所述运算放大器的同相输入端连接所述电压检测支路31的输出端，所述运算放大器的反相输入端连接所述第三电阻R7的一端，所述第三电阻R7的另一端接地，所述第四电阻R8的一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述第四电阻R8的另一端连接所述运算放大器的输出端。可选的，运算放大器的型号为SGM8210-1AXN5G。
可选的，所述电感式传感器还包括第一电容C1，用于滤波，所述第一电容C1的一端连接所述控制芯片1的供电电压输出端，所述第一电容C1的另一端连接所述电感式传感器的输出端。
应当理解的是，校准完成后的电感式传感器可出厂用于测试被检测物体与振荡电路的距离是否为所述检测距离。本发明的电感式传感器的工作原理为：电压调整电路的供电电压输入端的电压固定为目标供电电压，经电压调整电路后会产生交变电流，交变电流通过振荡线圈后会产生交变磁场H1，被检测物体（材质为金属）置于交变磁场H1中，在被检测物体表面会形成交变的电涡流现象，电涡流会形成另外一个交变磁场H2，由于涡流相位的滞后性，交变磁场H2抵抗交变磁场H1，能量的损耗使振荡电路4的Q值降低，正弦信号幅值降低，通过第二电阻R6和第二电容C3滤波后转化为的直流电位也降低；如果被检测物体与振荡电路的距离由大于变为等于电感式传感器的检测距离，那么运算放大器的输出端的电位就由大于预设电压阈值转变为小于等于预设电压阈值，该转变被MCU获取之后会形成开关量，可用于相关控制开关电路。
本发明提供了一种新的电感式传感器，该电感式传感器中由控制芯片为其供电，在校准过程中，该控制芯片输出的电压是不断减小或不断增大的电压，本发明在控制芯片输出的电压不断变化的过程中，通过实时判断电压检测电路的输出端的电压是否满足预设的条件来判断电感式传感器中振荡电路的停振或起振时刻，由此获取了该电感式传感器对应的目标供电电压。本发明将被检测物体放置于目标位置之后的过程为自动化校准过程，提高了校准效率。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本发明的范围和精神。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述电感式传感器包括控制芯片、电压调整电路、振荡电路和电压检测电路，其中：所述控制芯片包括供电电压输出端和电压检测信号输入端；所述控制芯片的供电电压输出端连接所述电压调整电路的供电电压输入端，所述电压调整电路的第一电压输出端连接所述振荡电路的输入端，所述电压调整电路的第二电压输出端连接所述振荡电路的抽头端；所述电压检测电路包括电压检测支路和运算放大电路，其中，所述电压检测支路的输入端连接所述振荡电路的输出端，所述电压检测支路的接地端接地，所述电压检测支路的输出端连接所述运算放大电路的输入端，所述运算放大电路的输出端为所述电压检测电路的输出端，所述电压检测电路的输出端连接所述控制芯片的电压检测信号输入端；所述校准方法包括以下步骤：
S100，将待检测物体放置于目标位置，所述目标位置距离所述振荡电路的距离为所述电感式传感器的检测距离；
S200，控制所述供电电压输出端的电压不断减小或增大；
S300，获取当前时刻的所述电压检测电路的输出端的电压ut；
S400，如果满足ut<ut-1、ut≤U0且ut-1>U0或满足ut>ut-1、ut≥U0且ut-1<U0，则控制所述供电电压输出端的电压不再变化，并将当前时刻所述供电电压输出端的电压记录为所述电压调整电路的目标供电电压，所述目标供电电压为测量放置于所述目标位置的待检测物体时所述电压调整电路的供电电压；ut-1为当前时刻对应的上一时刻的所述电压检测电路的输出端的电压，U0为预设电压阈值。
2.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述电压调整电路包括第一开关管、第二开关管、偏置电阻和调节电阻，其中，所述偏置电阻的一端连接所述控制芯片的供电电压输出端，所述偏置电阻的另一端连接所述第一开关管的控制端和所述第二开关管的控制端，所述第一开关管的输出端连接所述振荡电路的输入端；所述第二开关管的输入端连接所述控制芯片的供电电压输出端，所述第二开关管的输出端连接所述调节电阻的一端，所述调节电阻的另一端连接所述振荡电路的抽头端。
3.根据权利要求2所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，S400中，U0的获取方法包括：
S410，将待检测物体放置于目标位置；
S420，将所述供电电压输出端的电压固定为U1，U1为预设的标准电感式传感器中电压调整电路的目标供电电压；
S430，如果振荡电路已停振，则不断调节所述调节电阻，直至所述振荡电路重新起振；如果所述振荡电路未停振，则不断调节所述调节电阻，直至所述振荡电路停振；
S440，将所述振荡电路重新起振或振荡电路停振时所述电压检测电路的输出端的电压记录为U0。
4.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述电压检测支路包括第一电阻、第二电阻和第二电容，其中，所述第一电阻的一端连接所述振荡电路的输出端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和所述运算放大电路的输入端，所述第二电阻的另一端接地，所述第二电容与所述第二电阻并联连接。
5.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述运算放大电路包括运算放大器、第三电阻和第四电阻，其中，所述运算放大器的同相输入端连接所述电压检测支路的输出端，所述运算放大器的反相输入端连接所述第三电阻的一端，所述第三电阻的另一端接地，所述第四电阻的一端连接所述运算放大器的反相输入端，所述第四电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端。
6.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述电感式传感器还包括第一电容，所述第一电容的一端连接所述控制芯片的供电电压输出端，所述第一电容的另一端连接所述电感式传感器的输出端。
7.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，S200中，控制所述供电电压输出端的电压不断线性减小或线性增大。
8.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述控制芯片为MCU。
9.根据权利要求1所述的电感式传感器的校准方法，其特征在于，所述振荡电路包括振荡电容和振荡线圈，所述振荡电容与所述振荡线圈并联。
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