CN117571039B - 输出特性校准的插铁电感传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种输出特性校准的插铁电感传感器，其包括差动插铁电感、阻抗电桥电阻、调理放大单元、校准放大单元、标准电压输出单元和乘法器，差动插铁电感电连接于阻抗电桥电阻以形成阻抗电桥电路，阻抗电桥电路的输入端接入输入电压，阻抗电桥电路的输出端接入调理放大单元，调理放大单元的输出端电连接于乘法器的一输入端口，校准放大单元的输入端电连接于调理放大单元的输出端和标准电压输出单元的输出端，校准放大单元的输出端电连接于乘法器另一输入端口。本发明中，校准放大单元放大电压，结合接入的标准电压，且其输出与调理放大单元的输出连接乘法器，能够校准传感器的输出特性，输出线性度更好、精度更高。

Description

输出特性校准的插铁电感传感器
技术领域
本发明涉及变磁阻传感器领域，特别涉及一种输出特性校准的插铁电感传感器。
背景技术
变磁阻传感器根据磁阻动态输出电响应，是工业生产监测的重要传感器；插铁电感传感器，是铁芯带动电感变动，输出电响应的传感器，由于电子环境十分普遍，插铁电感传感器的前景越发广阔；但插铁电感传感器由于原理、设计、材料、环境等原因，输出的线性度较差和精度较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术的插铁电感传感器输出的线性度较差和精度较低的缺陷，提供一种输出特性校准的插铁电感传感器。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于，其包括差动插铁电感、阻抗电桥电阻、调理放大单元、校准放大单元、标准电压输出单元和乘法器，所述差动插铁电感电连接于所述阻抗电桥电阻以形成阻抗电桥电路，所述阻抗电桥电路的输入端接入输入电压，所述阻抗电桥电路的输出端接入所述调理放大单元，所述调理放大单元的输出端电连接于所述乘法器的一输入端口，所述校准放大单元的输入端电连接于所述调理放大单元的输出端和所述标准电压输出单元的输出端，所述校准放大单元的输出端电连接于所述乘法器另一输入端口。
优选地，所述差动插铁电感包括电感线圈、传动金属芯和第一电感电连接端口、第二电感电连接端口和第三电感电连接端口，所述电感线圈缠绕成空心柱以使所述传动金属芯能够在所述电感线圈中传动并产生动态磁阻，所述第一电感电连接端口、所述第二电感电连接端口和所述第三电感电连接端口分别设置在所述电感线圈的两端和中间，电连接于所述阻抗电桥电阻，以使所述阻抗电桥电路输出差动电感产生的电桥输出电压。
优选地，所述阻抗电桥电阻包括第一阻抗电桥电阻和第二阻抗电桥电阻，所述第一电感电连接端口电连接至所述第一阻抗电桥电阻和所述调理放大单元的输入电压的端口，所述第二电感电连接端口电连接至所述第二阻抗电桥电阻与所述调理放大单元的输入电压的另一端口之间，所述第一阻抗电桥电阻与所述第二阻抗电桥电阻之间、所述第三电感电连接端口用于接入所述输入电压。
优选地，所述校准放大单元包括第一电阻、第二电阻和第一运算放大器，所述第二电阻与所述第一电阻的电阻值之比小于1，所述第一电阻两端分别连接所述调理放大单元的输出端与所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述乘法器的另一输入端口，所述第一电阻与所述第二电阻之间电连接于所述第一运算放大器的反相输入端，所述标准电压输出单元的输出端电连接于所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
优选地，所述输出特性校准的插铁电感传感器还包括第二校准放大单元，所述第二校准放大单元的输入端电连接于所述校准放大单元的输出端和电连接于所述标准电压输出单元的输出端，所述第二校准放大单元的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
优选地，所述第二校准放大单元包括第三电阻、第四电阻和第二运算放大器，所述第四电阻与所述第三电阻的电阻值之比小于1，所述第二运算放大器的同相输入端电连接于所述标准电压输出单元的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端与所述校准放大单元的输出端之间设置所述第三电阻，所述第二运算放大器的反相输入端与所述乘法器的另一输入端口之间设置所述第四电阻，所述第二运算放大器的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明中，输出特性校准的插铁电感传感器的差动插铁电感变动，其与阻抗电桥电阻构成的阻抗电桥电路产生电压输出，电压输出接入调理放大单元后，调理放大单元输出调理放大后的电压接入校准放大单元，校准放大单元能够放大电压，结合校准放大单元接入的标准电压，且其输出与调理放大单元的输出连接乘法器，能够校准传感器的输出特性，输出校准后的电压，也可调整输出为电流。
附图说明
图1为本发明第一实施例的输出特性校准的插铁电感传感器的示意图。
图2为本发明第二实施例的输出特性校准的插铁电感传感器的示意图。
附图标记说明：
阻抗电桥电路1
差动插铁电感11
电感线圈111
传动金属芯112
第一阻抗电桥电阻12
第二阻抗电桥电阻13
第一电感电连接端口14
第二电感电连接端口15
第三电感电连接端口16
调理放大单元2
校准放大单元3
第一电阻31
第二电阻32
第一运算放大器33
标准电压输出单元4
乘法器5
第二校准放大单元6
第三电阻61
第四电阻62
第二运算放大器63
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
第一实施例：
本发明揭示一种输出特性校准的插铁电感传感器，如图1所示，其包括差动插铁电感11、阻抗电桥电阻、调理放大单元2、校准放大单元3、标准电压输出单元4和乘法器5，差动插铁电感11电连接于阻抗电桥电阻以形成阻抗电桥电路1，阻抗电桥电路1的输入端接入输入电压，阻抗电桥电路1的输出端接入调理放大单元2，调理放大单元2的输出端电连接于乘法器5的一输入端口，校准放大单元3的输入端电连接于调理放大单元2的输出端和标准电压输出单元4的输出端，校准放大单元3的输出端电连接于乘法器5另一输入端口。
具体地，输出特性校准的插铁电感传感器，其包括差动插铁电感11、阻抗电桥电阻、调理放大单元2、校准放大单元3、标准电压输出单元4和乘法器5；差动插铁电感11连接阻抗电桥电阻构成阻抗电桥电路1，阻抗电桥电路1的输入端接入输入电压，输出端接入调理放大单元2；调理放大单元2对阻抗电桥的输出做电路调理并放大，其输出端接入乘法器5的一输入端口，也接入校准放大单元3；校准放大单元3为输入端接入调理放大单元2的输出端和接入标准电压输出单元4的输出端的反馈放大电路，其输出端接入乘法器5的另一输入端口；乘法器5其输出为输出特性校准的电压UB。输出特性校准的插铁电感传感器的差动插铁电感11变动，其与阻抗电桥电阻构成的阻抗电桥电路1产生电压输出，电压输出接入调理放大单元2后，调理放大单元2输出调理放大后的电压接入校准放大单元3，校准放大单元3能够放大电压，结合校准放大单元3接入的标准电压，校准放大单元3的输出与调理放大单元2的输出连接乘法器5，能够校准传感器的输出特性，输出校准后的电压，乘法器5的输出也可转为电流，校准后的电压或电流的输出线性度更好、精度更高。
在本实施方式中，差动插铁电感11包括电感线圈111、传动金属芯112和第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16，电感线圈111缠绕成空心柱以使传动金属芯112能够在电感线圈111中传动并产生动态磁阻，第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16分别设置在电感线圈111的两端和中间，电连接于阻抗电桥电阻，以使阻抗电桥电路1输出差动电感产生的电桥输出电压。
具体地，如图1所示，电感线圈111缠绕成空心柱，传动金属芯112为能够在电感线圈111中传动并产生动态磁阻的金属柱，传动金属芯112的中间为半径较大的金属圆柱，两端为两个半径较小的金属圆柱。第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16为差动插铁电感11与其他电路电连接的端口，第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15在电感线圈111的两端，第三电感电连接端口16在电感线圈111的中间。在电路中连接第一阻抗电桥电阻12、第二阻抗电桥电阻13、第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16，构成差动电感输出的阻抗电桥电路1。
在本实施方式中，阻抗电桥电阻包括第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13，第一电感电连接端口14电连接至第一阻抗电桥电阻12和调理放大单元2的输入电压的端口，第二电感电连接端口15电连接至第二阻抗电桥电阻13与调理放大单元2的输入电压的另一端口之间，第一阻抗电桥电阻12与第二阻抗电桥电阻13之间、第三电感电连接端口16用于接入输入电压。
在本实施方式中，校准放大单元3包括第一电阻31、第二电阻32和第一运算放大器33，第二电阻32与第一电阻31的电阻值之比小于1，第一电阻31两端分别连接调理放大单元2的输出端与第二电阻32的一端，第二电阻32的另一端连接乘法器5的另一输入端口，第一电阻31与第二电阻32之间电连接于第一运算放大器33的反相输入端，标准电压输出单元4的输出端电连接于第一运算放大器33的同相输入端，第一运算放大器33的输出端电连接于乘法器5的另一输入端口。
电路的输入电压即激励电压为Uin，第一阻抗电桥电阻12的电阻值为R1、第二阻抗电桥电阻13的电阻值为R2，差动插铁电感11与第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13构成的阻抗电桥电路1中的电感为L1、L2，电感变化量为Lx，2Lx=L1-L2，阻抗电桥电路1零输出时，L1=L2，Lx=0。第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13的电阻（R1、R2）和电感（L1、L2）构成阻抗电桥电路1，调理放大单元2的电压放大倍数为Au，校准放大单元3中接有第一电阻31和第二电阻32，第一电阻31和第二电阻32的电阻值分别为R3、R4，其电压放大倍数Ab=-R4/R3，标准电压输出单元4的输出电压为Ub，乘法器5的输出电压为UB。
差动插铁电感11变动，差动插铁电感11和第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13的电阻构成的阻抗电桥电路1产生输出，接入调理放大单元2后，调理放大单元2输出调理放大后的电压，校准放大单元3的电压放大倍数和接入的标准电压设计为在乘法器的输出能够校准传感器的输出特性。调理放大后的电压接入校准放大单元3后，校准放大单元3输出放大的电压，校准放大单元3输出的电压接入乘法器5后输出校准后的电压，也可设计电路输出为电流。
阻抗电桥电路1输出电压对电感变化量Lx的比率为KUL·Uin，调理放大单元2的输出电压中的待校准的偏差电压为Ux，校准放大单元3的0<R4/R3<1，乘法器5的输出电压UB为：
若接入电阻RB，零输入电流输出为IBX，电流输出IB为
调节标准电压输出单元4的输出电压Ub和校准放大单元3的电压放大倍数-R4/R3，对输出电压UB或输出电流IB做校准。
第二实施例：
本发明还揭示一种输出特性校准的插铁电感传感器，第一实施例与第二实施例的区别在于输出特性校准的插铁电感传感器还包括第二校准放大单元6。
如图2所示，输出特性校准的插铁电感传感器还包括第二校准放大单元6，第二校准放大单元6的输入端电连接于校准放大单元3的输出端和电连接于标准电压输出单元4的输出端，第二校准放大单元6的输出端电连接于乘法器5的另一输入端口。
在本实施方式中，第二校准放大单元6包括第三电阻61、第四电阻62和第二运算放大器63，第四电阻62与第三电阻61的电阻值之比小于1，第二运算放大器63的同相输入端电连接于标准电压输出单元4的输出端，第二运算放大器63的反相输入端与校准放大单元3的输出端之间设置第三电阻61，第二运算放大器63的反相输入端与乘法器5的另一输入端口之间设置第四电阻62，第二运算放大器63的输出端电连接于乘法器5的另一输入端口。
具体地，如图2所示的输出特性校准的插铁电感传感器，其包括差动插铁电感11、阻抗电桥电阻、调理放大单元2、校准放大单元3、标准电压输出单元4和乘法器5；差动插铁电感11连接阻抗电桥电阻，构成阻抗电桥电路1，阻抗电桥电路1的输入端接入输入电压，输出端接入调理放大单元2；调理放大单元2对阻抗电桥电路1的输出做电路调理并放大，其输出端接入乘法器5的一输入端口，也接入校准放大单元3；校准放大单元3为输入端接入调理放大单元2的输出端和接入标准电压输出单元4的输出端的反馈放大电路，根据插铁电感传感器待校准的特性，接入两轮校准放大单元：校准放大单元3和第二校准放大单元6，校准放大单元3的输入端接入阻抗电桥电路1的输出端和接入标准电压输出单元4的输出端，第二校准放大单元6的输入端接入校准放大单元3的输出端和接入标准电压输出单元4的输出端，其输出端接入乘法器5的另一输入端口。
具体地，如图2所示，电感线圈111缠绕成空心柱，传动金属芯112为能够在电感线圈111中传动并产生动态磁阻的金属柱，传动金属芯112的中间为半径较大的金属圆柱，两端为两个半径较小的金属圆柱。第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16为差动插铁电感11与其他电路电连接的端口，第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15在电感线圈111的两端，第三电感电连接端口16在电感线圈111的中间。在电路中连接第一阻抗电桥电阻12、第二阻抗电桥电阻13、第一电感电连接端口14、第二电感电连接端口15和第三电感电连接端口16，构成差动电感输出的阻抗电桥电路1。
电路的输入电压即激励电压为Uin，第一阻抗电桥电阻12的电阻值为R1、第二阻抗电桥电阻13的电阻值为R2，差动插铁电感11与第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13构成的阻抗电桥电路1中的电感为L1、L2，电感变化量为Lx，2Lx=L1-L2，阻抗电桥电路1零输出时，L1=L2，Lx=0，第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13的电阻（R1、R2）和电感（L1、L2）构成阻抗电桥电路1，调理放大单元2的电压放大倍数为Au。校准放大单元3中接有第一电阻31和第二电阻32，第一电阻31和第二电阻32的电阻值分别为R3、R4，其电压放大倍数为Ab=-R4/R3，第二校准放大单元6中接有第三电阻61和第四电阻62，第三电阻61和第四电阻62的电阻值分别为R5、R6，其电压放大倍数为Ax=-R6/R5，Ax=Ab，标准电压输出单元4的输出电压为Ub，乘法器5的输出电压为UB。
差动插铁电感11变动，差动插铁电感11和第一阻抗电桥电阻12和第二阻抗电桥电阻13的电阻构成的阻抗电桥电路1产生输出，接入调理放大单元2后，输出调理放大后的电压，校准放大单元3和第二校准放大单元6的电压放大倍数和接入的标准电压设计为在乘法器的输出能够校准传感器的输出特性，调理放大后的电压接入校准放大单元3和第二校准放大单元6后，校准放大单元3和第二校准放大单元6输出放大的电压，校准放大单元3和第二校准放大单元6输出的电压接入乘法器5后输出校准后的电压，也可设计电路输出为电流。
阻抗电桥电路1输出电压对电感变化量Lx的比率为KUL·Uin，调理放大单元2的输出电压中的待校准的偏差电压为Ux，校准放大单元3和第二校准放大单元6的0<R4/R3<1，0<R6/R5<1，乘法器5的输出电压UB为
若接入电阻RB，零输入电流输出为IBX，电流输出IB为
调节标准电压输出单元4的输出电压Ub、校准放大单元3的电压放大倍数Ab和第二校准放大单元6的电压放大倍数Ax，可对输出电压UB或输出电流IB做校准。
第二电阻32与第一电阻31的电阻值之比与第四电阻62与第三电阻61的电阻值之比相等时，乘法器5的输出电压UB为
若接入电阻RB，零输入电流输出为IBX，电流输出IB为
调节标准电压输出单元4的输出电压Ub和校准放大单元3的电压放大倍数且也是第二校准放大单元6的电压放大倍数-R4/R3，可对输出电压UB或输出电流IB做校准。
输出特性校准的插铁电感传感器的差动插铁电感11变动与阻抗电桥电阻构成的阻抗电桥电路1产生电压输出，电压输出接入调理放大单元2后，调理放大单元2输出调理放大后的电压接入校准放大单元3、第二校准放大单元6，能够放大电压，结合校准放大单元3、第二校准放大单元6接入的标准电压，第二校准放大单元6的输出与调理放大单元2的输出连接乘法器5，能够校准传感器的输出特性，输出校准后的电压，乘法器5的输出也可转为电流，校准后的电压或电流的输出线性度更好、精度更高。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：其包括差动插铁电感、阻抗电桥电阻、调理放大单元、校准放大单元、标准电压输出单元和乘法器，所述差动插铁电感电连接于所述阻抗电桥电阻以形成阻抗电桥电路，所述阻抗电桥电路的输入端接入输入电压，所述阻抗电桥电路的输出端接入所述调理放大单元，所述调理放大单元的输出端电连接于所述乘法器的一输入端口，所述校准放大单元的输入端电连接于所述调理放大单元的输出端和所述标准电压输出单元的输出端，所述校准放大单元的输出端电连接于所述乘法器另一输入端口；
所述输出特性校准的插铁电感传感器的所述差动插铁电感变动，其与所述阻抗电桥电阻构成的所述阻抗电桥电路产生电压输出，所述的电压输出由如下方式校准传感器的输出特性：
电压输出接入所述调理放大单元后，所述调理放大单元输出调理放大后的电压接入所述校准放大单元，所述校准放大单元能够放大电压，结合所述校准放大单元接入的标准电压，且其输出与所述调理放大单元的输出连接所述乘法器，输出校准后的电压。
2.如权利要求1所述的输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：所述差动插铁电感包括电感线圈、传动金属芯和第一电感电连接端口、第二电感电连接端口和第三电感电连接端口，所述电感线圈缠绕成空心柱以使所述传动金属芯能够在所述电感线圈中传动并产生动态磁阻，所述第一电感电连接端口、所述第二电感电连接端口和所述第三电感电连接端口分别设置在所述电感线圈的两端和中间，电连接于所述阻抗电桥电阻，以使所述阻抗电桥电路输出差动电感产生的电桥输出电压。
3.如权利要求2所述的输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：所述阻抗电桥电阻包括第一阻抗电桥电阻和第二阻抗电桥电阻，所述第一电感电连接端口电连接至所述第一阻抗电桥电阻和所述调理放大单元的输入电压的端口，所述第二电感电连接端口电连接至所述第二阻抗电桥电阻与所述调理放大单元的输入电压的另一端口之间，所述第一阻抗电桥电阻与所述第二阻抗电桥电阻之间、所述第三电感电连接端口用于接入所述输入电压。
4.如权利要求1所述的输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：所述校准放大单元包括第一电阻、第二电阻和第一运算放大器，所述第二电阻与所述第一电阻的电阻值之比小于1，所述第一电阻两端分别连接所述调理放大单元的输出端与所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述乘法器的另一输入端口，所述第一电阻与所述第二电阻之间电连接于所述第一运算放大器的反相输入端，所述标准电压输出单元的输出端电连接于所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
5.如权利要求1所述的输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：所述输出特性校准的插铁电感传感器还包括第二校准放大单元，所述第二校准放大单元的输入端电连接于所述校准放大单元的输出端和电连接于所述标准电压输出单元的输出端，所述第二校准放大单元的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
6.如权利要求5所述的输出特性校准的插铁电感传感器，其特征在于：所述第二校准放大单元包括第三电阻、第四电阻和第二运算放大器，所述第四电阻与所述第三电阻的电阻值之比小于1，所述第二运算放大器的同相输入端电连接于所述标准电压输出单元的输出端，所述第二运算放大器的反相输入端与所述校准放大单元的输出端之间设置所述第三电阻，所述第二运算放大器的反相输入端与所述乘法器的另一输入端口之间设置所述第四电阻，所述第二运算放大器的输出端电连接于所述乘法器的另一输入端口。
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