CN117906795A - 一种电感式压力传感器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电感式压力传感器，包括：谐振滤波模块、增益模块、积分器、模数转换器、直流补偿模块。其中，谐振滤波模块用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号；增益模块用于将目标正弦信号进行放大，得到增益信号；积分器用于将预设时间周期内的增益信号进行积分，得到积分信号；直流补偿模块用于将积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号；模数转换器用于将积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。本申请提供的电感式压力传感器，通过积分器对预设时间周期内的增益信号进行积分，相当于增加了混频功能，降低了外界噪声的干扰，使得谐振频率测量更加准确，进一步提高压力测量的准确度。

Description

一种电感式压力传感器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种电感式压力传感器。

背景技术

电感式传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置。利用电感式传感器，能够对位移、压力、振动、应变、流量等进行测量。金属板位置的变化可以导致线圈中磁通量的变化，当金属板靠近线圈时，线圈产生的磁场在金属板上产生涡流，涡流磁场可以抵消线圈产生的磁场，使得线圈电感值变小。

目前，现有电感检测通常都是采用自感检测。驱动LC振荡器产生相应的谐振频率，当线圈电感值发生变化时，谐振频率产生变化。进而通过测试谐振频率，则可以确定金属板和线圈之间的距离。需要先根据电感值通过计算谐振频率，再根据谐振频率确定金属板和线圈之间的距离。自感检测需要检测各个电感的独立变化，然后根据各个电感的变化计算金属板与线圈之间的距离，电感受到外界噪声干扰时，计算结果就会受到影响，产生较大的误差，抗干扰性较差。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种电感式压力传感器，用于解决现有电感式压力传感器，谐振频率测量抗干扰性差，容易受到外界噪声干扰，谐振频率测量不准确，导致压力测量准确度差。

为实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电感式压力传感器，包括：谐振滤波模块、增益模块、积分器、模数转换器、直流补偿模块；

所述谐振滤波模块用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号；

所述增益模块用于将所述目标正弦信号进行放大，得到增益信号；

所述积分器用于将预设时间周期内的所述增益信号进行积分，得到积分信号；

所述直流补偿模块用于将所述积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号；

所述模数转换器用于将所述积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。

优选地，所述积分器为差分结构积分器；

所述积分器将预设时间周期内的所述增益信号进行积分的过程，包括：

当所述目标方波信号为0时，对负半周的所述增益信号进行积分；

当所述目标方波信号为1时，对正半周的所述增益信号进行积分。

优选地，所述直流补偿模块用于将所述积分信号进行直流补偿的过程，包括：

所述直流补偿模块对所述预设时间长度的所述积分信号释放预设数量的电荷量。

优选地，所述谐振滤波模块为LC谐振滤波器；

所述LC谐振滤波器的谐振谐振频率为：其中，R_i为电感L的内阻。

优选地，所述谐振滤波模块将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号的过程，包括：

所述谐振滤波器模块通过将所述目标方波信号转换为目标正弦信号，V₀为目标正弦信号，V_IN为目标方波信号，X_LC为LC谐振器的等效阻抗。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供的电感式压力传感器，包括：谐振滤波模块、增益模块、积分器、模数转换器、直流补偿模块。其中，谐振滤波模块用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号；增益模块用于将目标正弦信号进行放大，得到增益信号；积分器用于将预设时间周期内的增益信号进行积分，得到积分信号；直流补偿模块用于将积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号；模数转换器用于将积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。本申请提供的电感式压力传感器，通过积分器对预设时间周期内的增益信号进行积分，相当于增加了混频功能，降低了外界噪声的干扰，使得谐振频率测量更加准确，进一步提高压力测量的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1对本申请实施例提供的一种电感式压力传感器的结构框架图；

图2对本申请实施例提供的一种电感式压力传感器的电路图；

图3为本申请实施例提供的一种谐振滤波模块电路图；

图4为本申请实施例提供的一种积分器积分信号波形图；

图5为本申请实施例提供的一种差分结构积分器电路图；

图6a-图6b分别为有无直流补偿的积分信号波形图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。

首先，结合图1对本申请实施例提供的一种电感式压力传感器进行介绍，如图1所示，传感器可以包括：谐振滤波模块S1、增益模块S2、积分器S3、直流补偿模块S4、模数转换器S5。

谐振滤波模块S1用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号。

具体地，谐振滤波模块S1包括LC谐振滤波器，输入的谐振频率的目标方波信号，经过LC谐振滤波器产生谐振频率的目标正弦信号。如图2和图3所示。LC谐振滤波器的谐振频率为其中，Ri为电感L的内阻。因此，谐振滤波模块S1可以将输入的目标方波信号通过/>将目标方波信号转换为目标正弦信号，V₀为目标正弦信号，V_IN为目标方波信号，X_LC为LC谐振等效阻抗。当谐振时，X_LC的阻抗最大，且此时为阻性阻抗。当目标方波信号V_IN的相位和目标正弦信号V_o相位相同时，输出的目标正弦信号V₀的幅度最大。检测的压力发生变化会导致L发生变化，此时，谐振频率发生变化。若谐振阻抗X_LC变小，目标正弦信号V₀的信号幅度变小，相位发生变化。

增益模块S2用于将目标正弦信号进行放大，得到增益信号。

具体地，待检测的信号越大，对于信号的检测越灵敏。目标正弦信号较小，因此可以通过增益模块S2将目标正弦信号放大到可检测的范围。增益模块S2可以将增益模块S2用于将谐振滤波模块S1输出的目标正弦信号进行放大，得到增益信号。并将增益信号输入到积分器S3。

积分器S3用于将预设时间周期内的增益信号进行积分，得到积分信号。

具体地，当输入的增益信号的波形为低时，积分器S3进行使能积分，此时相当于一个混频功能。如图4所示，将增益信号的乘以一个同频同相位的目标方波信号，经过多次连续对增益信号进行积分，可以得到一个直流的积分信号。积分器S3的积分次数越多，灵敏度越高，且信噪比越高。同时，由于混频的作用，对非谐振频率的噪声具有很强的抑制能力。示例如：积分器S3可以是如图5所示的差分结构积分器，当目标方波信号为0时，对负半周的增益信号进行积分(C_N)；当目标方波信号为1时，对正半周的增益信号进行积分(C_p)。

直流补偿模块S4用于将积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号。

具体地，积分器S3对增益信号连续进行积分，如图6a所示，当没有直流补偿时，由于积分器S3的幅度限制，积分器S3积分次数较多会导致积分信号输出饱和。因此，直流补偿模块S4包括直流补偿电路，如图2所示，通过直流补偿开关SW2在积分器S3的积分过程中开启一定时间长度的恒流源，来释放掉一定的电荷量，得到积分输出信号。如图6b所示，当存在直流补偿时，直流补偿模块S4通过对预设时间长度的积分信号释放预设数量的电荷量，来减少固有电感对检测的影响，使得积分器S3在L没有变化时，基本保持为0，可以增加积分器S3输出的积分次数。

模数转换器S5用于将积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。

本申请实施例提供的一种电感式压力传感器，包括：谐振滤波模块、增益模块、积分器、模数转换器、直流补偿模块。其中，谐振滤波模块用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号；增益模块用于将目标正弦信号进行放大，得到增益信号；积分器用于将预设时间周期内的增益信号进行积分，得到积分信号；直流补偿模块用于将积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号；模数转换器用于将积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。本申请提供的电感式压力传感器，通过积分器对预设时间周期内的增益信号进行积分，相当于增加了混频功能，降低了外界噪声的干扰，使得谐振频率测量更加准确，进一步提高压力测量的准确度。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种电感式压力传感器，其特征在于，包括：谐振滤波模块、增益模块、积分器、模数转换器、直流补偿模块；

所述谐振滤波模块用于将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号；

所述增益模块用于将所述目标正弦信号进行放大，得到增益信号；

所述积分器用于将预设时间周期内的所述增益信号进行积分，得到积分信号；

所述直流补偿模块用于将所述积分信号进行直流补偿，得到积分输出信号；

所述模数转换器用于将所述积分输出信号转换为数字信号，得到输出电压。

2.根据权利要求1所述的电感式压力传感器，其特征在于，所述积分器为差分结构积分器；

所述积分器将预设时间周期内的所述增益信号进行积分的过程，包括：

当所述目标方波信号为0时，对负半周的所述增益信号进行积分；

当所述目标方波信号为1时，对正半周的所述增益信号进行积分。

3.根据权利要求1所述的电感式压力传感器，其特征在于，所述直流补偿模块用于将所述积分信号进行直流补偿的过程，包括：

所述直流补偿模块对所述预设时间长度的所述积分信号释放预设数量的电荷量。

4.根据权利要求1所述的电感式压力传感器，其特征在于，所述谐振滤波模块为LC谐振滤波器；

所述LC谐振滤波器的谐振谐振频率为：其中，R_i为电感L的内阻。

5.根据权利要求4所述的电感式压力传感器，其特征在于，所述谐振滤波模块将输入的目标方波信号转换为目标正弦信号的过程，包括：

所述谐振滤波器模块通过将所述目标方波信号转换为目标正弦信号，V₀为目标正弦信号，V_IN为目标方波信号，X_LC为LC谐振器的等效阻抗。