CN116338230A - 测量电路及测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量电路及测量设备，涉及测量技术领域。所述测量电路设置在电路板上，用于测量被测设备旋转的圈数，所述测量电路包括多个线圈组件和控制电路；每个所述线圈组件包括激励线圈和感应线圈，所述感应线圈设置于所述激励线圈内；控制电路与所述激励线圈和所述感应线圈连接；其中，所述控制电路用于驱动所述激励线圈生成激励信号，获取所述感应线圈根据所述激励信号生成的感应信号，并根据所述感应信号确定所述被测设备旋转的圈数。以降低测量设备的成本和复杂度，并提高测量设备的检测距离。

Description

测量电路及测量设备

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种测量电路及测量设备。

背景技术

在日常生活中，在某些应用场景中，为了安全或者为了应用方便，或者不影响被测设备正常工作等原因，测量装置与被测量设备不能直接物理接触，必须通过非接触的方式实现圈数或转速的精确测量。对于燃汽表、水表以及相当一部分流量计的流量测量，可以通过计数叶轮的旋转圈数来实现；而对于电机的转速测量，是通过计算单位时间内所计圈数与时间的比值来实现的。

而常用的测量手段是利用涡流效应实现金属片的位置检测，从而实现圈数以及转速测量。但是目前现有的技术方案存在电路复杂、成本高、检测距离短等缺点。

发明内容

本申请提供了一种测量电路及测量设备，旨在降低测量电路的成本和复杂度，以及提高检测距离。

为实现上述目的，本发明提供的一种测量电路，所述测量电路设置在电路板上，用于测量被测设备旋转的圈数，所述测量电路包括：

多个线圈组件，每个所述线圈组件包括激励线圈和感应线圈，所述感应线圈设置于所述激励线圈内；

控制电路，与所述激励线圈和所述感应线圈连接；

其中，所述控制电路用于驱动所述激励线圈生成激励信号，获取所述感应线圈根据所述激励信号生成的感应信号，并根据所述感应信号确定所述被测设备旋转的圈数。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种测量设备，用于测量被测设备旋转的圈数，所述测量设备包括：

固定组件，所述固定组件包括电路板和如上述所述的测量电路，其中，所述测量电路设置在所述电路板上；

转动组件，所述转动组件包括设置有金属部的转动件和连动杆，所述转动件与所述固定组件对应设置，所述连动杆的一端与所述转动件连接，另一端用于与所述被测设备连接；

当对所述被测设备进行测量时，所述被测设备驱动所述连动杆转动，并带动所述转动件跟随所述连动杆转动，并通过所述测量电路确定所述被测设备旋转的圈数。

上述测量电路及测量设备，当对所述被测设备进行测量时，所述被测设备驱动所述连动杆转动，并带动所述转动件跟随所述连动杆转动，并通过所述控制电路驱动所述激励线圈生成激励信号，获取所述感应线圈根据所述激励信号生成的感应信号，并根据所述感应信号确定所述被测设备旋转的圈数。由此降低测量设备的成本和复杂度，并提高测量设备的检测距离，能够准确地确定被测设备旋转的圈数以及方向，从而精确地测得被测设备的转速，提高了用户体验。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种测量电路的结构示意框图；

图2为本申请实施例提供的一种固定组件的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种测量电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种放大器的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种测量设备的结构示意图。

主要元件及符号说明：

100、测量设备；

10、固定组件；11、线圈组件；110、激励线圈；111、感应线圈；12、电路板；120、测量电路；121、控制电路；122、放大器；1220、第一输入端；1221、第二输入端；1222、输出端；123、接地电阻；124、第一电容；125、第二电容；

20、转动组件；21、转动件；210、金属部；22、连动杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前无论是基于LC无磁传感技术还是基于PCB线圈无磁传感技术，都是通过涡流效应检测带有半圆金属叶轮的旋转位置，从而实现圈数和转速计量。但是基于LC无磁传感技术和基于PCB线圈无磁传感技术均存在电路复杂，成本高，检测距离短等缺点。

同时，目前现有的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)线圈无磁传感技术，是采用一个激励线圈和3-4个感应线圈印刷在PCB板上，感应线圈各占120度或90度位于激励线圈内，微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)的一个IO口(输入输出口)外接阻容元器件连接到一个集成芯片，由该集成芯片实现逻辑处理后输出激励信号实现激励，同时，MCU的另一个IO口直接连接到该集成芯片，由该集成芯片实现逻辑处理后输出放大器使能信号，开启放大器，对来自感应线圈感应到信号进行处理后，放大器输出送回MCU处理，由MCU提出信号特征值，检测到金属部210的位置变化，从而实现圈数以及转速测量。因此现有的激励方式和放大器的使能控制均需要借助外围的集成芯片来实现，需要占用更多的PCB板的面积，成本较高。同时现有方案均是采用单线圈单次激励方式，检测距离比较短。

因此亟需一种电路结构相对简单，成本较低以及检测距离比较长的测量电路以及测量设备来实现对被测设备的圈数和转速进行测量。

请参阅图1和图2，该测量电路可以应用在测量设备中，测量设备可以应用在多种场景下，比如对燃汽表、水表以及相当一部分流量计的进行流量测量、或对电机的转速测量等等。

测量电路120可以设置在电路板12(PCB板)上，一般是印刷在电路板12上，用于测量被测设备旋转的圈数，所述被测设备可以为电机等设备。测量电路120可以包括多个线圈组件11和控制电路121，示例性的，测量电路120包括三组线圈组件11即可，一般来说，三组线圈组件11即可准确地确定被测设备旋转的圈数以及方向，也能够精确地测得被测设备的转速。

其中，如图2所示，每个线圈组件11均包括有激励线圈110和感应线圈111，感应线圈111设置于其对应的激励线圈110内。分别设置多组线圈组件11可以使激励线圈110单独给对应的感应线圈111进行激励，并在金属部210处于该线圈组件11下方时，更准确地生成该感应线圈111生成的感应信号，从而准确地确定被测设备旋转的圈数。而对于被测设备经常需要切换转旋方向的场景下，现有的检测方法是通过临界点来确定金属部210的位置，但是利用临界点无法准确区分被测设备是由于正常旋转还是由于旋转方向发生切换而导致金属部210的位置发生变化，从而导致被测设备旋转的圈数以及转速的测量存在较大误差。而通过分别设置多组线圈组件11，每个线圈组件11独立工作，利用对比每个线圈组件11中的感应线圈111感应出来的感应信号(比如感应电压值)，来确定金属部210的位置，由此能准确区分被测设备是由于正常旋转还是由于旋转方向发生切换而导致金属部210的位置发生变化，从而能够精确测量被测设备旋转的圈数以及转速。控制电路121与每个激励线圈110和每个感应线圈111连接，该控制电路121用于驱动激励线圈110生成激励信号，获取感应线圈111根据激励信号生成的感应信号，并根据感应信号确定被测设备旋转的圈数。其中，控制电路121可以为MCU等用于对测量电路120进行控制的控制单元。

具体地，当对被测设备进行测量时，控制电路121会驱动每个激励线圈110生成对应的激励信号，每个激励线圈110会生成对应的磁场，金属部210上产生涡流趋肤效应，从而使每个激励线圈110所对应的感应线圈111根据激励信号生成感应信号，生成感应信号后，控制电路121会获取各个感应线圈111生成的感应信号，并根据感应信号确定被测设备旋转的圈数。

其中，所述感应信号可以为感应电压值或感应电流值等。以感应电压值为例，当金属部210处于线圈组件11下方和金属部210不处于线圈组件11下方时，对应线圈组件11感应出来的感应电压值不同。金属部210处于线圈组件11下方时线圈组件11感应出来的电压比金属部210不处于线圈组件11下方时线圈组件11感应出来的电压要高。由此即可以根据感应电压值确定此时金属部210的位置，即处于哪个线圈组件11或哪两个线圈组件11的对应位置。由于控制电路121会获取感应线圈111根据激励信号所生成的所有感应信号，因此可以通过记录每个感应线圈111的电压值，从而确定每个感应信号所对应的金属部210的位置，并根据金属部210的位置变化，从而可以确定被测设备旋转的方向，当金属部210顺时针或逆时针依次经过三个线圈组件11下方时，则计为1圈。金属部210如此循环重复经过三个线圈组件11下方时，则可实现圈数累计。由此利用在单位时间内所计圈数与单位时间的比值，实现转速测量。

而通过脉冲的次序，也能够判断被测设备处于正转还是处于反转的状态；例如输出脉冲的顺序是123为正转的，那么输出脉冲的顺序为132则为反转。

示例性的，比如线圈A的感应电压值为1V，线圈B的感应电压值为0.5V，线圈C的感应电压值为0.5V，即此时表明金属部210的位置位于线圈A的对应位置。若某一时刻线圈A的感应电压值为1V，线圈B的感应电压值为0.5V，线圈C的感应电压值为0.5V，下一时刻线圈A的感应电压值为0.5V，线圈B的感应电压值为1V，线圈C的感应电压值为0.5V，则说明被测设备旋转的方向为线圈A→线圈B→线圈C。当依次获得线圈A、线圈B和线圈C的感应电压值为1V，即可以计为1圈，以此类推，从而确定被测设备旋转的圈数，还可以利用在单位时间内所计圈数与单位时间的比值，实现转速测量。

请参阅图3，在一些实施例中，如图3所示，测量电路120还包括与每个感应线圈111对应设置的放大器122，放大器122的第一输入端1220与感应线圈111连接，放大器122的第二输入端1221和输出端1222与控制电路121连接；其中，如图4所示，放大器122通过第二输入端1221接收控制电路121发送的使能信号，以对第一输入端1220接收到的感应信号进行处理，并通过输出端1222将处理后的感应信号发送到所述控制电路121。

具体地，每个感应线圈111对应设置有放大器122，控制电路121(即MCU)的IO口生成使能信号，并向每个放大器122均发送使能信号，每个放大器122的第二输入端1221接收到使能信号后，通过第一输入端1220接收感应线圈111发送的感应信号，并对所述感应信号进行反相放大处理，最后通过输出端1222将反相放大处理后的感应信号发送到控制电路121。通过采用MCU的IO口直接使能多路放大器122，无需借助其它芯片，由此降低了测量设备100的成本和电路复杂度。

需要说明的是，放大器122的数量可以根据感应线圈111的数量而设定，放大器122的数量与感应线圈111的数量相同，以使放大器122能够通过不同的通道向控制电路121分别输出每个感应线圈111对应的感应信号，从而能够准确地确定金属部210的位置，并准确地确定被测设备旋转的圈数以及方向，从而精确地测得被测设备的转速。

在一些实施例中，每个感应线圈111的一端与对应的放大器122连接，另一端与其余的感应线圈111连接。

其中，每个感应线圈111对应设置有放大器122，具体地，每个感应线圈111的一端与其对应的放大器122的第一输入端1220连接，当控制电路121向每个放大器122均发送使能信号，每个放大器122的第二输入端1221接收到使能信号后，通过第一输入端1220接收各自对应的感应线圈111发送的感应信号，并对接收到的感应信号进行反相放大处理，最后每个放大器122通过输出端1222分别将反相放大处理后的感应信号发送到控制电路121。

需要说明的是，每个感应线圈111之间并联连接。

在一些实施例中，测量电路120还包括多个接地电阻123，其中，接地电阻123的一端与放大器122的第一输入端1220连接，另一端接地。接地电阻是电流由接地装置流入大地再经大地流向另一接地体或向远处扩散所遇到的电阻。由此可以达到保护感应线圈111和用户的效果并防止静电接地。

其中，接地电阻123的数量可以根据感应线圈111的数量而设定，接地电阻123的数量与感应线圈111的数量相同。

具体地，每个接地电阻123的一端与所述放大器122的第一输入端1220连接，另一端接地。通过设置接地电阻123可以减小对地电流，达到保护感应线圈111的效果，且由于第一输入端1220存在偏置电流，通过设置接地电阻123可以让同相和反相两个输入端的阻抗相等，以使偏置电流在两个输入端产生的压降也相等，从而能够得到更准确的感应电压值。

在一些实施例中，测量电路120还包括多个第一电容124，所述第一电容124的一端与放大器122的输出端1222连接，另一端接地。第一电容124可以为接地电容，由此可以起到对反相放大处理后的感应信号进行过滤的作用。

其中，第一电容124的数量可以根据感应线圈111的数量而设定，第一电容124的数量与感应线圈111的数量相同。

具体地，每个第一电容124的一端与放大器122的输出端1222连接，另一端接地。通过电容的通交阻直的特性，电容对交流信号通路，信号频率越高，阻抗越小，电容容量越大，阻抗越小，而对直流信号断路。由此可以起到对反相放大处理后的感应信号进行过滤的作用。

在一些实施例中，测量电路120还包括第二电容125，控制电路121通过第二电容125与多个激励线圈110连接，其中，每个激励线圈110通过并联连接。

其中，每个激励线圈110的一端与第二电容125连接，另一端接地，且每个激励线圈110之间并联连接。

具体地，控制电路121(即MCU)的IO口生成激励控制信号，向第二电容125发送激励控制信号，该激励控制信号经过第二电容125后，驱动每个激励线圈110根据激励控制信号生成对应的激励信号。通过采用MCU的IO口直接驱动第二电容125和激励线圈110产生激励信号，无需借助其它元器件，降低测量设备100的成本和复杂度，通过实验可知，通过采用MCU的IO口直接驱动第二电容125和激励线圈110产生激励信号以及通过MCU的IO直接使能放大器122可以使成本至少降低了20％。

通过第二电容125和多个激励线圈110之间串联连接，第二电容125放电，多个激励线圈110开始有一个逆向的反冲电流，多个激励线圈110充电；当多个激励线圈110的电压达到最大时，第二电容125放电完毕，之后多个激励线圈110开始放电，第二电容125开始充电，这样的往复运作，称为谐振。而在此过程中多个激励线圈110由于不断的充放电，于是就产生了电磁波，且各个激励线圈110生成对应的激励信号。

在一些实施例中，控制电路121向第二电容125连续发送多次激励控制信号，以使每个激励线圈110根据多次激励控制信号生成对应的连续激励信号。

由于本申请实施例可以通过电压差确定金属部210的位置，且距离越远电压差越不明显，则会导致对金属部210位置的检测并不准确，从而导致计算得到的被测设备旋转的圈数出现误差。而本申请通过设置感应线圈111位于激励线圈110内，由此可以通过向第二电容125连续发送多次激励控制信号能让激励线圈110产生连续的磁场，从而使得在金属部210上的涡流趋肤效应越明显，即金属部210处于线圈组件11下方和金属部210不处于线圈组件11下方线圈组件11感应出来的电压差越明显，因此能够提升检测距离，而不会影响检测结果，通过实验可知，最高可以提升30％的检测距离。

在一些实施例中，如图2所示，多个线圈组件11可以为三个线圈组件11，三个线圈组件11设置电路板12的一侧面，其中，每个线圈组件11对应的圆心角为120°。

其中，电路板12的形状可以为圆形或长方形等形状，具体地，三个线圈组件11以电路板12的中点为中心，对称设置电路板12的一侧面。示例性的，若电路板12的形状为圆形，则三个线圈组件11以圆心为中心，周向内均匀设置在电路板12的一侧面。示例性的，若电路板12的形状为长方形，则三个线圈组件11以长方形外接圆的圆心为中心，周向内均匀设置在电路板12的一侧面，从而使得每个线圈组件11对应的圆心角为120°，能够最大程度减小每个线圈组件11之间的干涉，使得测量结果更为准确。

请参阅图5，图5是本申请实施例提供的一种测量设备的结构示意图，用于测量被测设备旋转的圈数。该测量设备100可以应用在多种场景下，比如对燃汽表、水表以及相当一部分流量计的进行流量测量、或对电机的转速测量等等。

该测量设备100包括固定组件10和转动组件20，固定组件10包括电路板12和如上述所述的测量电路120，其中，测量电路120设置在电路板12上，且测量电路120中的线圈组件11可以直接印刷在电路板12上，由此能够将减小固定组件10的整体体积，减少生产成本。

转动组件20包括设置有金属部210的转动件21和连动杆22，转动件21与固定组件10对应设置，连动杆22的一端与转动件21连接，另一端用于与被测设备连接。

具体地，当对所述被测设备进行测量时，所述被测设备驱动所述连动杆22转动，并带动所述转动件21跟随所述连动杆22转动，同时控制电路121会驱动每个激励线圈110生成对应的激励信号，并向各个放大器122发送使能信号，此时每个激励线圈110会生成对应的磁场，当金属部210转到对应的线圈组件11下方时，金属部210上会产生涡流趋肤效应，从而使每个激励线圈110所对应的感应线圈111根据激励信号生成感应信号，生成感应信号后，各个放大器122在使能信号的作用下对获取到的感应信号进行处理，并将处理后的感应信号发送至控制电路121，以使控制电路121根据处理后的感应信号确定被测设备旋转的圈数。

其中，转动件21可以为转盘等用于转动的器件，转动件21设置有金属部210和非金属部，金属部210即为图5中转动件21上的阴影部分，转动件21与固定组件10对应设置。具体地，转动件21可以设置固定组件10的上方或下方，一般设置固定组件10的下方，且转动件21的形状与固定组件10的形状相同。

示例性的，若固定组件10的形状为圆形，则转动件21的形状也为圆形，且由于转动件21需要转动，考虑到阻力的影响，一般转动件21的形状为圆形。

在一些实施例中，金属部210对应的圆心角不小于120°且不大于240°。通过控制金属部210和非金属部的周向比例在1:2至2:1之间，整体转动件21上金属部210和非金属部之间的比例差距不会过大，使得相远离的感应线圈111可以在大部分时间下出现不同，利于数据的收集。

示例性的，以三个线圈组件11为例，三个线圈组件11以圆心均衡放置在一个圆内，每个线圈组件11约占120°。为了准确地通过感应信号来区分转动件21上金属部210的位置，转动件21上金属部210所占圆心角的角度应小于2个线圈组件11所占角度且大于一个线圈组件11所占角度，即：120°≤金属部所占圆心角角度≤240°。一般地，金属部所占圆心角角度为180°。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅是本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种测量电路，其特征在于，所述测量电路设置在电路板上，用于测量被测设备旋转的圈数，所述测量电路包括：

多个线圈组件，每个所述线圈组件包括激励线圈和感应线圈，所述感应线圈设置于所述激励线圈内；

控制电路，与所述激励线圈和所述感应线圈连接；

其中，所述控制电路用于驱动所述激励线圈生成激励信号，获取所述感应线圈根据所述激励信号生成的感应信号，并根据所述感应信号确定所述被测设备旋转的圈数。

2.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述测量电路还包括与每个所述感应线圈对应设置的放大器，所述放大器的第一输入端与所述感应线圈连接，所述放大器的第二输入端和输出端与所述控制电路连接；

其中，所述放大器通过所述第二输入端接收所述控制电路发送的使能信号，以对所述第一输入端接收到的所述感应信号进行处理，并通过所述输出端将处理后的感应信号发送到所述控制电路。

3.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于，每个所述感应线圈的一端与对应的所述放大器连接，另一端与其余的所述感应线圈连接。

4.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于，所述测量电路还包括：

多个接地电阻，所述接地电阻的一端与所述放大器的第一输入端连接，另一端接地。

5.根据权利要求2所述的测量电路，其特征在于，所述测量电路还包括：

多个第一电容，所述第一电容的一端与所述放大器的输出端连接，另一端接地。

6.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述测量电路还包括：

第二电容，所述控制电路通过所述第二电容与所述多个激励线圈连接，其中，每个所述激励线圈通过并联连接；

所述控制电路向所述第二电容发送所述激励控制信号，以使每个所述激励线圈根据所述激励控制信号生成对应的激励信号。

7.根据权利要求6所述的测量电路，其特征在于，所述控制电路向所述第二电容连续发送多次激励控制信号，以使每个所述激励线圈根据所述多次激励控制信号生成对应的连续激励信号。

8.根据权利要求1所述的测量电路，其特征在于，所述多个线圈组件包括三个线圈组件，所述三个线圈组件设置所述电路板的一侧面，其中，每个所述线圈组件对应的圆心角为120°。

9.一种测量设备，其特征在于，用于测量被测设备旋转的圈数，所述测量设备包括：

固定组件，所述固定组件包括电路板和如权利要求1-8任一项所述的测量电路，其中，所述测量电路设置在所述电路板上；

转动组件，所述转动组件包括设置有金属部的转动件和连动杆，所述转动件与所述固定组件对应设置，所述连动杆的一端与所述转动件连接，另一端用于与所述被测设备连接；

当对所述被测设备进行测量时，所述被测设备驱动所述连动杆转动，并带动所述转动件跟随所述连动杆转动，并通过所述测量电路确定所述被测设备旋转的圈数。

10.根据权利要求9所述的测量设备，其特征在于，所述金属部对应的圆心角不小于120°且不大于240°。

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