CN201302445Y - 新型电涡流传感器的线性修正电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电涡流传感器的线性修正电路，包括运放电压跟随器及线性修正单元；其中线性修正单元包括串接在运放电压跟随器输出端与反相输入端之间的修正负载，以及设置在运放电压跟随器反相输入端的负载控制单元；当跟随器输出电压在预设修正范围之内时，负载控制单元导通并在修正负载上产生压降。本实用新型对电涡流传感器的电压信号随位移信号d呈曲线关系变化的部分进行修正，修正后的输出电压Vo的线性范围增大。

Description

新型电涡流传感器的线性修正电路
技术领域
本实用新型涉及一种电涡流传感器的线性修正电路。
背景技术
众所周知，电涡流传感器作为非接触式测量仪器，已广泛应用在位移的测量上。电涡流传感器应用在位移测量场合中，经感应线圈和振荡器感应到的待测位移信号d将被转换为电压信号V。在一定的位移范围内，电压信号V随位移信号d的变化而线性变化。但实践表明，在待测位移超出一定范围后，电压信号V随位移信号d的变化将不再是线性的，而是呈曲线关系。当位移增大到一定程度时，电压信号V随位移信号d的变化呈近似对数关系，即传感器的测量范围远段变成了非线性的；当位移减小到一定程度时，即传感器接近感应铁片时，电压信号V随位移信号d的变化呈近似指数关系，即传感器的测量范围近段也变成了非线性的。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种电涡流传感器的线性修正电路，扩大传感器的线性测量范围。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下线性修正电路：包括运放电压跟随器及线性修正单元；其中线性修正单元包括串接在运放电压跟随器输出端与反相输入端之间的修正负载，以及设置在运放电压跟随器反相输入端的负载控制单元；当跟随器输出电压在预设修正范围之内时，负载控制单元导通并在修正负载上产生压降。修正负载上的压降即为线性修正量。当需要对大位移测量值进行修正时，所产生的压降为正数；当需要对小位移测量值进行修正时，所产生的压降为负数。
进一步地，所述负载控制单元设有开启控制端；所述线性修正单元进一步包括连接在开启控制端的修正范围调节单元；开启控制端电位为所述预设修正范围的端点，且由修正范围调节单元设置。通过对修正范围调节单元操作，可以灵活地根据实际要求，调整本实用新型的线性修正起点。
所述修正范围调节单元优选与开启控制端连接的可调电压源。修正范围条件单元还可以是包括固定电压源及相串联的可调分压电阻的电路结构，其中开启控制端与可调分压电阻的串联节点连接。
所述负载控制单元包括电压比较器及串联在该电压比较器输出端的三极管放大电路；电压比较器的第一输入端与运放电压跟随器的反相输入端连接，第二输入端的电位为预设修正范围的端值；三极管放大电路的输出端与修正负载连接。三极管放大电路不但可以作为修正负载的通、断电控制电路，其输出特性曲线正好与位移测量电压信号随位移信号的变化曲线成近似的倒数关系，从而对非线性测量范围进行了吻合的线性修正。
本实用新型利用晶体三极管在一定范围内集电极电流Ic随电压Vbe按指数规律变化的特点，对电涡流传感器的电压信号随位移信号d呈对数关系或指数关系变化的部分进行电压相加或相减的修正，修正后的输出电压Vo的线性范围增大。此外，运算放大器U1A同时还是电压跟随器，起到输出缓冲的作用，进而使本实用新型巧妙地把线性修正和输出缓冲合二为一。
附图说明
图1为电涡流传感器的电路结构框图；
图2为本实用新型的电路图；
图3为电涡流传感器的小位移测量经线性修正前后的输出特性曲线。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型设置在电涡流传感器若干级信号处理电路的最后一级，电涡流传感器的输出为经其线性修正后的电压信号。
如图2所示，本实用新型的线性修正电路包括运放电压跟随器U1A及线性修正单元。所述线性修正单元包括修正负载R6、负载控制单元、修正范围调节单元、修正量调节单元。其中修正负载R6串接在运放电压跟随器U1A输出端与反相输入端之间。当跟随器输出电压在预设修正范围之内时，负载控制单元导通并在修正负载上产生压降。
负载控制单元设置在运放电压跟随器U1A反相输入端，主要包括电压比较器U1B及串联在电压比较器U1B输出端的三极管放大电路。电压比较器U1B的第一输入端与运放电压跟随器U1A的反相输入端连接，第二输入端的电位为预设修正范围的端点。三极管放大电路为共射放大电路，三极管Q5的集电极作为放大电路的输出端与运放电压跟随器U1A的反相输入端连接，即与修正负载R6的一端连接。三极管Q5的基极与电压比较器的输出端之间设有偏置电阻R16，发射极与基极之间设有偏置电阻R17。电压比较器U1B的第二输入端与输出端之间串联电阻R22，电阻R22与电阻R16构成本实用新型的修正量调节单元。改变电阻R16、R22的阻值及其比例，可调控共射三极管Q5具体工作时的放大范围，从而调节修正量。
所述线性修正单元进一步包括修正范围调节单元。电压比较器的第二输入端构成本实施例中负载控制单元的开启控制端，开启控制端电位就是预设修正范围的端值。在开启控制端上连接修正范围调节单元可以设置使电压比较器输出低电平信号的检波电压范围，从而让三极管放大电路导通，在修正负载上产生修正电压。修正范围调节单元可以是与开启控制端连接的可调电压源；也可以是包括8V固定电压源及相串联的可调分压电阻R20、R21的电路结构，如图2所示。可调分压电阻R20、R21的串联节点与电压比较器的第二输入端连接，串联节点处的电压Va即为图3所示输出特性曲线中的预设修正范围的一个端值，也就是图3中a点的检波电压。
为了使修正电路不受温度变化的影响，三极管Q5的发射极与基极之间串联温度修正单元，在本实施例中，温度修正单元选用集电极与基极短接的三极管Q4。为了避免电压比较器进入饱和状态而影响频率特性，电压比较器的第二输入端与输出端之间串联稳压二极管DZ1。
本实施例主要针对电涡流传感器测量范围的近段(即图3所示曲线中，距离d接近0的一端)进行线性修正，检波电压Vz与三极管Q5在修正负载上产生的压降之差为修正后的输出电压Vo，传感器修正前后的输出特性曲线如图3所示。本实用新型利用晶体三极管ΔIc/ΔVbe随Ic增大而增长的特点，对检波电压Vz进行修正的具体原理为：
电路中利用运算放大器U1B对检波电压和修正范围端值进行比较，从而控制共射三极管放大电路的开启与关闭；把电阻R20和R21的分压值Va设置成图3曲线中a点(开始出现非线性处)电压。在线性段，电压Vz大于Va，电压比较器U1B输出高电平使修正晶体管Q5截止而无修正作用(Vo＝Vz)。当Vz减小至接近Va时，电压比较器的输出Vo2开始下降，电阻R16与R17的分压开始使Q5导通而产生Ic5。Ic5在R6上的压降即为修正电压，即输出电压Vo＝检波电压Vz-修正电压VR6，从而使Vo＜Vz。随着Vz继续减小，Ic5相应增大而将Vz修正为线性的输出电压Vo。另外，电阻R16和R22决定修正量；DZ1起钳位作用，避免U1B进入饱和状态而影响频率特性；Q4对Q5起温度补偿作用，令修正电路不受温度变化的影响。
将图2所示实施例稍作修改，使三极管放大电路的输出电流在修正负载R6上产生的压降，等于输出电压Vo与检波电压Vz的差时，即检波电压Vz＝输出电压Vo+修正电压VR6时，并且调节Va使其等于大位移测量时开始出现非线性处的电压，就可以对电涡流传感器的大位移测量进行线性修正。本领域的普通技术人员，在本实用新型及本实用新型之前的技术的教导下，无须付出创造性劳动即可得出前述用于传感器测量范围远段(即图3所示曲线中，距离d远离0的一端)的线性修正电路。

Claims (9)

1.新型电涡流传感器的线性修正电路，其特征在于：包括运放电压跟随器及线性修正单元；其中线性修正单元包括串接在运放电压跟随器输出端与反相输入端之间的修正负载，以及设置在运放电压跟随器反相输入端的负载控制单元；当跟随器输出电压在预设修正范围之内时，负载控制单元导通并在修正负载上产生压降。
2.根据权利要求1所述的线性修正电路，其特征在于：所述负载控制单元设有开启控制端；所述线性修正单元进一步包括连接在开启控制端的修正范围调节单元；开启控制端电位为所述预设修正范围的端值，且由修正范围调节单元设置。
3.根据权利要求2所述的线性修正电路，其特征在于：所述修正范围调节单元为与开启控制端连接的可调电压源；或包括固定电压源及相串联的可调分压电阻，所述开启控制端与可调分压电阻的串联节点连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的线性修正电路，其特征在于：所述负载控制单元包括电压比较器及串联在该电压比较器输出端的三极管放大电路；电压比较器的第一输入端与运放电压跟随器的反相输入端连接，第二输入端的电位为预设修正范围的端点；三极管放大电路的输出端与修正负载连接。
5.根据权利要求4所述的线性修正电路，其特征在于：所述三极管放大电路为共射放大电路，集电极输出端与运放电压跟随器的反相输入端连接。
6.根据权利要求5所述的线性修正电路，其特征在于：所述共射放大电路的三极管发射极与基极之间串联温度修正单元。
7.根据权利要求6所述的线性修正电路，其特征在于：所述温度修正单元为集电极与基极短接的三极管。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的线性修正电路，其特征在于：线性修正电路还包括修正量调节单元，其包括相串联的电阻R16、R22；修正量调节单元的两端分别与电压比较器的第二输入端、共射放大电路的三极管基极连接，电阻R16、R22串联节点与电压比较器的输出端连接。
9.根据权利要求5-7中任一项所述的线性修正电路，其特征在于：所述电压比较器的第二输入端与输出端之间串联稳压二极管。
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