CN204085477U - 一种线位移信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于测控技术领域，具体公开一种线位移信号调理电路，传感器供电电路的输出端与线位移传感器的输入端连通，线位移传感器的输出端与信号转换电路的输入端连通，信号转换电路的输出端与DSP片内A/D转换器的输入端连通；传感器供电电路为线位移传感器提供工作所需的直流电源电压，线位移传感器输出线位移反馈信号，信号转换电路将线位移反馈信号进行跟随处理，再进行信号放大处理，生成模拟信号；该模拟信号经调理后，送入DSP片内A/D转换器。本实用新型的电路结构简单、占用体积空间小、器件成本低，且该电路不受线位移传感器接触电阻变化的影响，即使接触电阻发生突跳，仍能够无失真的采集、转换线位移信号。

Description

一种线位移信号调理电路

技术领域

本实用新型属于测控技术领域，具体涉及一种用于大功率机电伺服系统位置闭环运算的线位移传感器信号调理电路。

背景技术

在机电伺服系统中，伺服控制驱动器接收控制指令，并采集机电作动器线位移信号运行位置闭环控制算法，从而控制机电作动器驱动负载按指令要求动作。位置闭环控制的好坏直接影响整套伺服系统的位置控制精度，而真实地采集线位移反馈信号是位置闭环控制中最重要的环节之一。伺服控制驱动器内部电磁条件复杂，存在着高压、大电流功率回路，同时还存在着低压控制回路，功率电路电流、电压的变化以及功率器件的高频开关动作会产生电磁干扰，从而影响信号采集质量，如若线位移信号调理电路设计不合理，DSP片内A/D则会采集到受干扰后失真的位移反馈信号，这将直接影响位置闭环的运算结果，导致机电作动器控制不稳。因此，信号调理电路的设计是机电伺服系统控制驱动设计的一个关键点。

传统线位移传感器的供电多采用电源模块的供电形式，电源模块占用的体积空间较大，在PCB布局当中不够灵活，器件成本相对较高。另外，通常的信号调理电路受线位移传感器接触电阻的影响较大，接触式线位移传感器经过长期反复使用，接触电阻会逐渐变大，且变化趋势不规则，这将直接导致信号转换产生偏差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种线位移信号调理电路，该电路结构简单、占用体积空间小、器件成本低，且该电路不受线位移传感器接触电阻变化的影响，即使接触电阻发生突跳，仍能够无失真的采集、转换线位移信号。

实现本实用新型目的的技术方案：一种线位移信号调理电路，该电路包括传感器供电电路、线位移传感器、信号转换电路、DSP片内A/D转换器，传感器供电电路的输出端与线位移传感器的输入端连通，线位移传感器的输出端与信号转换电路的输入端连通，信号转换电路的输出端与DSP片内A/D转换器的输入端连通；传感器供电电路为线位移传感器提供工作所需的直流电源电压，线位移传感器输出线位移反馈信号，信号转换电路将线位移反馈信号进行跟随处理，再进行信号放大处理，生成模拟信号；该模拟信号经调理后，送入DSP片内A/D转换器。

所述的传感器供电电路包括+3.3V电源、+12V电源、第一运算放大器、第二运算放大器、第二电压基准源芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻；+3.3V电源的输出端与第二电压基准源芯片的1引脚连接；第一电阻的另一端分别与第一运算放大器的2引脚、第二电阻的一端连接；第二电阻的另一端与的1引脚连接；第三电阻的一端与电源地连接，第三电阻的另一端分别与第二运算放大器的6引脚、第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第二运算放大器的7引脚连接；+12V电源与第一运算放大器的8引脚连接。

所述的+3.3V电源电压为第一电压基准源芯片供电；第一电压基准源芯片的2引脚输出+2.5V基准电压；+2.5V基准电压被送到第一运算放大器的3引脚；+2.5V电压信号经过放大后由第一运算放大器的1引脚输出+10V；+2.5V电压信号被送到第二运算放大器的5引脚；+2.5V电压信号经放大后由的7引脚输出+5V；+12V电源为第一运算放大器U1A和第二运算放大器提供工作电压。

所述的+3.3V电源的输出端与第一电压基准源芯片的3引脚之间设有第二电感，+3.3V电源的输出端与第二电感一端连接，第二电感另一端分别与第二电容的一端、第一电压基准源芯片的1引脚连接，第二电容的另一端与第一电压基准源芯片的3引脚连接；+12V电源与运算放大器的8引脚之间设有第一电感，+12V电源的输出端与第一电感的第一电感的一端连接，第一电感的另一端分别与第一电容的一端、第一运算放大器的8引脚连接，第一电容的另一端与电源地连接。

所述的+3.3V电源电压经第二电感与第二电容组成的滤波电路滤波后，为第一电压基准源芯片供电；+12V电源电压经第一电感与第一电容组成的滤波电路后送入第一运算放大器进行放大，为第一运算放大器提供工作电压；+12V电源为第二运算放大器提供工作电压。

所述的传感器供电电路的第一运算放大器的1引脚与位移传感器的高端连接，传感器供电电路的第二运算放大器的7引脚与位移传感器的中端连接，传感器供电电路的第一电压基准源芯片的3引脚与位移传感器的低端连接；第一运算放大器输出+10V电压给位移传感器的高端，第二运算放大器输出+5V电压给位移传感器的中端，线位移传感器将+10V电压信号、+5V的电压信号转换为线位移反馈信号POS，并将线位移反馈信号POS传输给信号转换电路。

所述的信号转换电路包括+12V电源、+3.3V电源、第三运算放大器、第四运算放大器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻，+12V电源的输出端与第三运算放大器的8引脚连接，+3.3V电源的输出端与第四运算放大器的8引脚连接；线位移传感器的输出端与第三运算放大器的3引脚连接，第三运算放大器的2引脚与1引脚连接；第六电阻的一端依次与第七电阻、第九电阻的一端串联，第六电阻的另一端与第三运算放大器的1引脚连接，第九电阻的另一端与电源地连接；第八电阻的一端与电源地连接，第八电阻的另一端分别与第四运算放大器的2引脚、第十电阻的一端连接，第十电阻的另一端与第四运算放大器的1引脚连接；线位移转换电路的第四运算放大器的1引脚与DSP片内A/D转换器的输入引脚POS_AD连接。

所述的线位移传感器输出的线位移反馈信号POS经过第三运算放大器进行放大后，再经过第六电阻、第七电阻、第九电阻分压后，送入第四运算放大器进行放大，经放大后的信号后由第四运算放大器的1引脚输出，送入DSP片内A/D转换器。

所述的+12V电源的输出端与第三运算放大器的8引脚之间设有第三电感，+12V电源的输出端与第三电感的一端连接，第三电感的另一端分别与第三电容的一端、第三运算放大器的8引脚连接；+3.3电源的输出端与第四运算放大器的8引脚之间设有第五电阻，+3.3电源的输出端与第五电阻的一端连接，第五电阻的另一端分别与第四电容的一端、第四运算放大器的8引脚连接。

所述的+12V电源经第三电感与第三电容组成的滤波电路滤波后，给第三运算放大器提供工作电压；+3.3V电源经第四电容与第五电阻组成的滤波电路滤波后，给第四运算放大器提供工作电压。

本实用新型的有益技术效果在于：(1)电路结构简单，具有很强的通用性；占用体积空间小，布局灵活；器件成本低，较电源模块有较高的成本优势。(2)、具有较强的抗电磁干扰能力，从线位移传感器的供电上，使得线位移传感器零位及其两侧工作范围内的信号输出具有较高的信噪比，保证信号反馈的高质量和高稳定性。(3)在线位移信号转换电路中，跟随器确保信号的转换不受线位移传感器接触电阻变化而导致输入阻抗变化的影响。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种线位移信号调理电路的系统组成图；

图2为图1中的传感器供电电路和线位移传感器的电路原理图；

图3为图1中的线位移传感器、信号转换电路和DSP片内A/D转换器的电路原理图。

图中：1.感器供电电路，2.线位移传感器，3.信号转换电路，4.DSP片内A/D转换器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，传感器供电电路1的输出端与线位移传感器2的输入端连通，线位移传感器2的输出端与信号转换电路3的输入端连通，信号转换电路3的输出端与DSP片内A/D转换器4的输入端连通。传感器供电电路1为线位移传感器2提供工作所需的+10V和+5V直流电源电压，其中，线位移传感器2的中间零位采用+5V供电，高端和低端分别接+10V和电源地(0V)。传感器供电电路1生成的+10V和+5V电压供给线位移传感器2，线位移传感器2输出线位移反馈信号。信号转换电路3将线位移反馈信号进行跟随处理，再进行信号放大处理，生成模拟信号并送入DSP片内A/D转换器4用于后续的位置闭环控制计算。

下面对本实用新型所提供的一种线位移信号调理电路的各组成部分进行介绍。

如图2所示，传感器供电电路1包括+3.3V电源、+12V电源、第一电感L1、第二电感L2、第一电容C1、第二电容C2、第一运算放大器U1A、第二运算放大器U1B、第一电压基准源芯片U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4。+3.3V电源的输出端与第二电感L2一端连接，第二电感L2另一端分别与第二电容C2的一端、第一电压基准源芯片U1的1引脚连接，第二电容C2的另一端与第一电压基准源芯片U1的3引脚连接。第一电阻R1的一端与电源地连接，第一电阻R1的另一端分别与第一运算放大器U1A的2引脚、第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与U1A的1引脚连接。第三电阻R3的一端与电源地连接，第三电阻R3的另一端分别与第二运算放大器U1B的6引脚、第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第二运算放大器U1B的7引脚连接。+12V电源的输出端分别与第二运算放大器U1B的8引脚、第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端分别与第一电容C1的一端、第一运算放大器U1A的8引脚连接，第一电容C1的另一端与电源地连接。

如图2所示，传感器供电电路1的工作原理如下：第一电压基准源芯片U1的2引脚输出+2.5V基准电压；+2.5V基准电压被送到第一运算放大器U1A的3引脚。+2.5V电压信号经过4倍放大后由第一运算放大器U1A的1引脚输出+10V；+2.5V电压信号也被送到第二运算放大器U1B的5引脚。+2.5V电压信号经过2倍放大后由U1B的7引脚输出+5V电压信号。+3.3V电源电压经第二电感L2与第二电容C2组成的滤波电路滤波后，为第一电压基准源芯片U1供电。+12V电源电压经第一电感L1与第一电容C1组成的滤波电路后送入第一运算放大器U1A的8引脚，提供第一运算放大器U1A的工作电压。+12V电源为第二运算放大器U1B提供工作电压。

第一电压基准源芯片U1的型号为REF3025。第一电阻R1、第三电阻R3、第四电阻R4的阻值均为10Ω，第二电阻R2的阻值为30kΩ。第一运算放大器U1A第二运算放大器U1B的型号均为LM7332MA。

如图2所示，线位移传感器2采用电位计工作原理，传感器供电电路1的第一运算放大器U1A的1引脚与位移传感器2的高端POS10连接，传感器供电电路1的第二运算放大器U1B的7引脚与位移传感器2的中端POS5连接，传感器供电电路1的第一电压基准源芯片U1的3引脚与位移传感器2的低端GND连接。第一运算放大器U1A输出+10V电压给位移传感器2的高端POS10，第二运算放大器U1B输出+5V电压给位移传感器2的中端POS5，线位移传感器2将+10V电压信号、+5V的电压信号转换为线位移反馈信号POS，并将线位移反馈信号POS传输给信号转换电路3。

如图3所示，信号转换电路3包括+3.3V电源、+12V电源、第三运算放大器U3A、第四运算放大器U4A、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第三电感L3、第三电容C3、第四电容C4。线位移传感器2的输出端与第三运算放大器U3A的3引脚连接，第三运算放大器U3A的2引脚与1引脚连接，组成跟随器。第六电阻R6的一端依次与第七电阻R7和第九电阻R9的一端串联，第六电阻R6的另一端与第三运算放大器U3A的1引脚连接，第九电阻R9的另一端与电源地连接。第八电阻R8的一端与电源地连接，第八电阻R8的另一端分别与第四运算放大器U4A的2引脚、第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端与第四运算放大器U4A的1引脚连接。+12V电源的输出端与第三电感L3的一端连接，第三电感L3的另一端分别与第三电容C3的一端、第三运算放大器U3A的8引脚连接。+3.3V电源的输出端与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与分别与第四电容C4的一端、第四运算放大器U4A的8引脚连接。

如图3所示，信号转换电路3的的工作原理如下：线位移传感器2输出的线位移反馈信号POS经过第三运算放大器U3A进行跟随处理，再经过第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9分压后，送入第四运算放大器U4A进行2倍放大。经过2倍放大后的信号后由第四运算放大器U4A的1引脚输出，送入到DSP片内A/D转换器4中参与位置闭环控制。+12V电源经第三电感L3与第三电容C3组成的滤波电路滤波后，给第三运算放大器U3A提供工作电压。+3.3V电源经第四电容C4与第五电阻R5组成的滤波电路滤波后，给第四运算放大器U4A提供工作电压。

第三运算放大器U3A的型号为LM7332MA。第四运算放大器U4A的型号为AD8692。第五电阻R5的阻值为33Ω，第六电阻R6的阻值为75Ω，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10的阻值均为10Ω。第四运算放大器U4A的型号为TMS320F28335。

如图3所示，DSP片内A/D转换器4将线位移转换电路3输出的线位移模拟信号转换为数字信号，用于位置闭环实时控制。线位移转换电路3的第四运算放大器U4A的1引脚与DSP片内A/D转换器4的输入引脚POS_AD连接。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种线位移信号调理电路，其特征在于：该电路包括传感器供电电路(1)、线位移传感器(2)、信号转换电路(3)、DSP片内A/D转换器(4)，传感器供电电路(1)的输出端与线位移传感器(2)的输入端连通，线位移传感器(2)的输出端与信号转换电路(3)的输入端连通，信号转换电路(3)的输出端与DSP片内A/D转换器(4)的输入端连通；传感器供电电路(1)为线位移传感器(2)提供工作所需的直流电源电压，线位移传感器(2)输出线位移反馈信号，信号转换电路(3)将线位移反馈信号进行跟随处理，再进行信号放大处理，生成模拟信号；该模拟信号经调理后，送入DSP片内A/D转换器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的传感器供电电路(1)包括+3.3V电源、+12V电源、第一运算放大器(U1A)、第二运算放大器(U1B)、第二电压基准源芯片(U2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)；+3.3V电源的输出端与第二电压基准源芯片(U2)的1引脚连接；第一电阻(R1)的另一端分别与第一运算放大器(U1A)的2引脚、第二电阻(R2)的一端连接；第二电阻(R2)的另一端与(U1A)的1引脚连接；第三电阻(R3)的一端与电源地连接，第三电阻(R3)的另一端分别与第二运算放大器(U1B)的6引脚、第四电阻(R4)的一端连接，第四电阻(R4)的另一端与第二运算放大器(U1B)的7引脚连接；+12V电源与第一运算放大器(U1A)的8引脚连接。

3.根据权利要求2所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的+3.3V电源电压为第一电压基准源芯片(U1)供电；第一电压基准源芯片(U1)的2引脚输出+2.5V基准电压；+2.5V基准电压被送到第一运算放大器(U1A)的3引脚；+2.5V电压信号经过放大后由第一运算放大器(U1A)的1引脚输出+10V；+2.5V电压信号被送到第二运算放大器(U1B)的5引脚；+2.5V电压信号经放大后由(U1B)的7引脚输出+5V；+12V电源为第一运算放大器U1A和第二运算放大器(U1B)提供工作电压。

4.根据权利要求3所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的+3.3V电源的输出端与第一电压基准源芯片(U1)的3引脚之间设有第二电感(L2)，+3.3V电源的输出端与第二电感(L2)一端连接，第二电感(L2)另一端分别与第二电容(C2)的一端、第一电压基准源芯片(U1)的1引脚连接，第二电容(C2)的另一端与第一电压基准源芯片(U1)的3引脚连接；+12V电源与运算放大器(U1A)的8引脚之间设有第一电感(L1)，+12V电源的输出端与第一电感(L1)的第一电感(L1)的一端连接，第一电感(L1)的另一端分别与第一电容(C1)的一端、第一运算放大器(U1A)的8引脚连接，第一电容(C1)的另一端与电源地连接。

5.根据权利要求4所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的+3.3V电源电压经第二电感(L2)与第二电容(C2)组成的滤波电路滤波后，为第一电压基准源芯片(U1)供电；+12V电源电压经第一电感(L1)与第一电容(C1)组成的滤波电路后送入第一运算放大器(U1A)进行放大，为第一运算放大器(U1A)提供工作电压；+12V电源为第二运算放大器(U1B)提供工作电压。

6.根据权利要求5所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的传感器供电电路(1)的第一运算放大器(U1A)的1引脚与位移传感器(2)的高端(POS10)连接，传感器供电电路(1)的第二运算放大器(U1B)的7引脚与位移传感器(2)的中端(POS5)连接，传感器供电电路(1)的第一电压基准源芯片(U1)的3引脚与位移传感器(2)的低端(GND)连接；第一运算放大器(U1A)输出+10V电压给位移传感器(2)的高端(POS10)，第二运算放大器(U1B)输出+5V电压给位移传感器(2)的中端(POS5)，线位移传感器(2)将+10V电压信号、+5V的电压信号转换为线位移反馈信号POS，并将线位移反馈信号POS传输给信号转换电路(3)。

7.根据权利要求6所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的信号转换电路(3)包括+12V电源、+3.3V电源、第三运算放大器(U3A)、第四运算放大器(U4A)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第八电阻(R8)、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)，+12V电源的输出端与第三运算放大器(U3A)的8引脚连接，+3.3V电源的输出端与第四运算放大器(U4A)的8引脚连接；线位移传感器(2)的输出端与第三运算放大器(U3A)的3引脚连接，第三运算放大器(U3A)的2引脚与1引脚连接；第六电阻(R6)的一端依次与第七电阻(R7)、第九电阻(R9)的一端串联，第六电阻(R6)的另一端与第三运算放大器(U3A)的1引脚连接，第九电阻(R9)的另一端与电源地连接；第八电阻(R8)的一端与电源地连接，第八电阻(R8)的另一端分别与第四运算放大器(U4A)的2引脚、第十电阻(R10)的一端连接，第十电阻(R10)的另一端与第四运算放大器(U4A)的1引脚连接；线位移转换电路(3)的第四运算放大器(U4A)的1引脚与DSP片内A/D转换器(4)的输入引脚POS_AD连接。

8.根据权利要求7所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的线位移传感器(2)输出的线位移反馈信号POS经过第三运算放大器(U3A)进行放大后，再经过第六电阻(R6)、第七电阻(R7)、第九电阻(R9)分压后，送入第四运算放大器(U4A)进行放大，经放大后的信号后由第四运算放大器(U4A)的1引脚输出，送入DSP片内A/D转换器(4)。

9.根据权利要求8所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的+12V电源的输出端与第三运算放大器(U3A)的8引脚之间设有第三电感(L3)，+12V电源的输出端与第三电感(L3)的一端连接，第三电感(L3)的另一端分别与第三电容(C3)的一端、第三运算放大器(U3A)的8引脚连接；+3.3电源的输出端与第四运算放大器(U4A)的8引脚之间设有第五电阻R(5)，+3.3电源的输出端与第五电阻R(5)一端连接，第五电阻R(5)的另一端分别与第四电容(C4)的一端、第四运算放大器(U4A)的8引脚连接。

10.根据权利要求9所述的一种线位移信号调理电路，其特征在于：所述的+12V电源经第三电感(L3)与第三电容(C3)组成的滤波电路滤波后，给第三运算放大器(U3A)提供工作电压；+3.3V电源经第四电容(C4)与第五电阻(R5)组成的滤波电路滤波后，给第四运算放大器(U4A)提供工作电压。