CN206146368U - 一种电磁感应式线性位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种电磁感应式线性位置传感器。本实用新型包括位置信号采集处理单元和运算放大单元，所述位置信号采集处理单元的输入端连接位置信号，所述位置信号采集处理单元的输出端连接运算放大单元的输入端，所述运算放大单元的输出端连接电压输出信号，位置信号采集处理单元包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈以及固定在另一电路板上的LC振荡电路，LC振荡电路在激励线圈磁场的作用之下，产生一个与激励线圈磁场方向相同的磁场，相比于激励线圈产生的磁场，有一个加强的效果，同时增大了气隙的选择空间。本实用新型的电路结构简单、易于实现、抗干扰能力强，能够精确测量线性位移。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，特别涉及一种电磁感应式线性位置传感器。
背景技术
位置传感器可分为两种，直线位移传感器和角位移传感器。线性位置传感器是用于测量线性位移的传感器，主要应用于注塑机、木工机械、转机、陶瓷机械、水闸控制、液压机械中。
现有技术主要是采用电阻式的传感器即为接触式传感器来测量线性位移，这种传感器抗干扰能力较差、使用寿命短，因此测量位移的准确性低、难以实现较长位移的测量，因此亟需提出一种抗干扰能力强、结构简单，而且能够精确测量较长的线性位移的线性位置传感器。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提供了一种电磁感应式线性位置传感器，本实用新型能够精确测量较长的线性位移，而且本实用新型的结构简单、抗干扰能力强、使用寿命较长。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术措施：
一种电磁感应式线性位置传感器，包括位置信号采集处理单元和运算放大单元，位置信号采集处理单元的输出端连接运算放大单元的输入端；
所述位置信号采集处理单元包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈以及固定在另一电路板上的LC振荡电路，所述激励线圈采用中间抽头方式绕制，即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈和第二激励线圈，所述接收线圈至少设置为第一接收线圈和第二接收线圈；
所述第一激励线圈和第二激励线圈均沿矩形方向环绕排布，且均同轴设置；
所述第一激励线圈和第二激励线圈均设置在接收线圈的外侧，且第一激励线圈和第二激励线圈的旋绕方向相同；
第一接收线圈沿电路板长度方向绕设，且第一接收线圈围成的绕线轨迹在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈与第一接收线圈的绕线方式相同；
所述第一接收线圈在第二接收线圈的位置上沿着电路板长度方向平移，且第一接收线圈和第二接收线圈的长度相同。
本实用新型还可以通过以下技术措施进一步实现。
优选的，所述第一接收线圈和第二接收线圈均沿电路板长度方向呈弯折状布置，且第一接收线圈或第二接收线圈沿某一方向绕设一次后，再折返沿前述绕设方向的反方向再绕设一次。
优选的，所述第一接收线圈在第二接收线圈的位置上沿着电路板长度方向平移1/4周期或1/2周期。
优选的，所述闭合回路的形状为菱形、矩形、椭圆形。
进一步的，所述位置信号采集处理单元包括第一芯片，所述第一芯片的引脚1接地，第一芯片的引脚2连接第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接电源，所述第一芯片的引脚3连接第一电阻的一端以及第五电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接电源，所述第五电阻的另一端连接运算放大单元的输入端，第一芯片的引脚4连接第二电容的一端以及电源，所述第二电容的另一端接地，第一芯片的引脚5连接第一电容的一端并接基准电源，所述第一电容的另一端连接第一芯片的引脚6、引脚7并接地，所述第一芯片的引脚8、引脚10分别连接第四电感的一端、第三电感的一端，所述第四电感的另一端、第三电感的另一端以及第一芯片的引脚9均接地，所述第一芯片的引脚11连接第三电阻的一端、第四电阻的一端，所述第三电阻的另一端连接基准电源，所述第四电阻的另一端连接第五电容的一端、第六电容的一端并接地，所述第五电容的另一端连接第一芯片的引脚13以及第一电感的一端，所述第六电容的另一端连接第一芯片的引脚12以及第二电感的一端，所述第一电感的另一端以及第二电感的另一端均连接电源，所述第一芯片的引脚14连接第三电容的一端，所述第三电容的另一端接基准电源；
所述第一电感即为第一激励线圈，所述第二电感即为第二激励线圈，所述第三电感即为第一接收线圈，所述第四电感即为第二接收线圈。
进一步的，所述LC振荡电路包括第四电容和第五电感，所述第四电容与第五电感串联。
进一步的，所述运算放大单元包括第二芯片，所述第二芯片的包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第二运算放大器的正极信号输入端即为第二芯片的引脚5连接第七电阻的一端、第八电阻的一端、第九电阻的一端以及第八电容的一端，所述第二运算放大器的负极信号输入端即为第二芯片的引脚6连接第九电阻的另一端以及所述第五电阻的另一端、第六电阻的一端、第七电容的一端，所述第二运算放大器的信号输出端即为第二芯片的引脚7连接第六电阻的另一端、第七电容的另一端，所述第二芯片的引脚8连接第八电阻的另一端、第九电容的一端、第十电容的一端以及电源，所述第九电容的另一端、第十电容的另一端、第七电阻的另一端、第八电容的另一端均接地；所述第一运算放大器的正极信号输入端即为第二芯片的引脚3悬空，第一运算放大器的负极信号输入端即为第二芯片的引脚2悬空，第一运算放大器的信号输出端即为第二芯片的引脚1悬空，所述第二芯片的引脚4接地。
本实用新型的有益效果在于：
1)、本实用新型包括位置信号采集处理单元和运算放大单元，所述位置信号采集处理单元的输入端连接位置信号，位置信号采集处理单元的输出端连接运算放大单元的输入端，所述运算放大单元用于增加电路的驱动能力，因此本实用新型的电路结构简单、易于实现，所述位置信号采集处理单元包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈以及固定在另一电路板上的LC振荡电路，采用LC振荡电路来代替原有的金属转子，LC振荡电路在激励线圈磁场的作用之下，产生一个与激励线圈磁场方向相同的磁场，相比于激励线圈产生的磁场，有一个加强的效果，转子采用LC振荡电路的形式便于安装和拆卸，同时也增大了气隙的选择空间，因此本实用新型的抗干扰能力强，能够精确测量线性位移。
2)、本实用新型的第一接收线圈沿电路板长度方向绕设，且第一接收线圈围成的绕线轨迹在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路，所述第二接收线圈与第一接收线圈的绕线方式相同；增加闭合回路的数量，可以增大本实用新型测量的线性位移的距离，第一接收线圈和第二接收线圈均沿电路板长度方向呈弯折状布置，且第一接收线圈或第二接收线圈沿某一方向绕设一次后，再折返沿前述绕设方向的反方向再绕设一次，使得单个接收线圈的正反回路之间产生的感应电动势相互抵消。
3)、激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈和第二激励线圈，可以将第一激励线圈和第二激励线圈看成一个采用中间抽头方式绕制的激励线圈，因此这种LC自然振荡线圈结构所产生的正弦激励信号具备谐波含量低、失真度小、稳定性高的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型的接收线圈与激励线圈之间的绕线结构图；
图3为本实用新型的接收线圈与激励线圈之间的绕线结构图；
图4为本实用新型的电路原理图。
图中的附图标记含义如下：
10—位置信号采集处理单元 20—运算放大单元
11—LC振荡电路 L1、L2—第一激励线圈、第二激励线圈
L3、L4—第一接收线圈、第二接收线圈 L5—第五电感
R1～R9—第一电阻～第九电阻 C1～C10—第一电容～第十电容
U1、U2—第一芯片、第二芯片
A1、A2—第一运算放大器、第二运算放大器
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
如图1～3所示，一种扭矩角度传感器的绕线结构，包括位置信号采集处理单元10和运算放大单元20，所述位置信号采集处理单元10的输入端连接位置信号，位置信号采集处理单元10的输出端连接运算放大单元20的输入端，所述运算放大单元用于增加电路的驱动能力，所述运算放大单元20的输出端输出电压输出信号；
所述位置信号采集处理单元10包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈以及固定在另一电路板上的LC振荡电路11，所述LC振荡电路11可以是套设在激励线圈、接收线圈所在的电路板上，也可以固定在电路板上，所述激励线圈采用中间抽头方式绕制，即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈L1和第二激励线圈L2，所述接收线圈至少设置为第一接收线圈L3和第二接收线圈L4；
所述第一激励线圈L1和第二激励线圈L2均沿矩形方向环绕排布，且均同轴设置；
所述第一激励线圈L1和第二激励线圈L2均设置在接收线圈的外侧，且第一激励线圈L1和第二激励线圈L2的旋绕方向相同；
第一接收线圈(L3)沿电路板长度方向绕设，且第一接收线圈(L3)围成的绕线轨迹在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈L4与第一接收线圈L3的绕线方式相同；围成的闭合回路可以依据实际测量位移大小的需要来增加或者减少。
所述第一接收线圈L3在第二接收线圈L4的位置上沿着电路板长度方向平移，第一接收线圈L3平移之后要保证与第二接收线圈L4的长度保持相同，即为第一接收线圈L3与第二接收线圈L4的首尾均对齐。
所述第一接收线圈L3和第二接收线圈L4均沿电路板长度方向呈弯折状布置，且第一接收线圈L3或第二接收线圈L4沿某一方向绕设一次后，再折返沿前述绕设方向的反方向再绕设一次；若所述第一接收线圈L3先沿着电路板长度方向的顺时针方向旋绕一次后，再折返沿逆时针方向再绕设一次。
所述第一接收线圈L3在第二接收线圈L4的位置上沿着电路板长度方向平移1/4周期或1/2周期，所平移的周期指的是电器角度。
本实用新型未对所述电路板作出改进，电路板可以采用现有技术当中的扭矩角度传感器所使用的常规电路板。
所述闭合回路可以为多种形状，考虑到在电路板上的集成情况，优选形状为菱形、矩形、椭圆形，图2的闭合回路为菱形，图3的闭合回路为椭圆形。
如图4所示，所述位置信号采集处理单元10包括第一芯片U1，所述第一芯片U1的引脚1接地，第一芯片U1的引脚2连接第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接电源，所述第一芯片U1的引脚3连接第一电阻R1的一端以及第五电阻R5的一端，所述第一电阻R1的另一端连接电源，所述第五电阻R5的另一端连接运算放大单元20的输入端，第一芯片U1的引脚4连接第二电容C2的一端以及电源，所述第二电容C2的另一端接地，第一芯片U1的引脚5连接第一电容C1的一端并接基准电源，所述第一电容C1的另一端连接第一芯片U1的引脚6、引脚7并接地，所述第一芯片U1的引脚8、引脚10分别连接第四电感L4的一端、第三电感L3的一端，所述第四电感L4的另一端、第三电感L3的另一端以及第一芯片U1的引脚9均接地，所述第一芯片U1的引脚11连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端，所述第三电阻R3的另一端连接基准电源，所述第四电阻R4的另一端连接第五电容C5的一端、第六电容C6的一端并接地，所述第五电容C5的另一端连接第一芯片U1的引脚13以及第一电感L1的一端，所述第六电容C6的另一端连接第一芯片U1的引脚12以及第二电感L2的一端，所述第一电感L1的另一端以及第二电感L2的另一端均连接电源，所述第一芯片U1的引脚14连接第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端接基准电源；
所述第一电感L1即为第一激励线圈L1，所述第二电感L2即为第二激励线圈L2，所述第三电感L3即为第一接收线圈L3，所述第四电感L4即为第二接收线圈L4。
所述LC振荡电路11包括第四电容C4和第五电感L5，所述第四电容C4与第五电感L5串联。
所述运算放大单元20包括第二芯片U2，所述第二芯片U2的包括第一运算放大器A1和第二运算放大器A2，所述第二运算放大器A2的正极信号输入端即为第二芯片U2的引脚5连接第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第九电阻R9的一端以及第八电容C8的一端，所述第二运算放大器A2的负极信号输入端即为第二芯片U2的引脚6连接第九电阻R9的另一端以及所述第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的一端、第七电容C7的一端，所述第二运算放大器A2的信号输出端即为第二芯片U2的引脚7连接第六电阻R6的另一端、第七电容C7的另一端以及电压输出信号，所述电压输出信号输出至外部线性接口的第三插针，所述第二芯片U2的引脚8连接第八电阻R8的另一端、第九电容C9的一端、第十电容C10的一端以及电源，所述第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端、第七电阻R7的另一端、第八电容C8的另一端均接地；所述第一运算放大器A1的正极信号输入端即为第二芯片U2的引脚3悬空，第一运算放大器A1的负极信号输入端即为第二芯片U2的引脚2悬空，第一运算放大器A1的信号输出端即为第二芯片U2的引脚1悬空，所述第二芯片U2的引脚4接地；所述外部线性接口的第一插针接地，第二插针连接电源，用于为本传感器供电，第三插针为传感器信号输出接口。
所述第一芯片U1的引脚1为接地引脚、引脚2为数字输出引脚、引脚3为模拟输出引脚、引脚4为可编程电源口引脚、引脚5为电源引脚、引脚6和引脚7均为悬空引脚、引脚8和引脚10均为信号接收引脚、引脚9为接地引脚、引脚11为信号锁端口引脚、引脚12和引脚13均为正弦交流信号产生引脚、引脚14为悬空引脚；所述第一芯片U1、第二芯片U2均为可定制芯片，凡是带有上述引脚功能的芯片均可使用。
本实用新型在使用时，可以与现有技术中的软件配合来进行使用。下面结合现有技术中的软件对本实用新型的工作原理进行描述，但是必须指出的是：与本实用新型相配合的软件不是本实用新型的创新部分，也不是本实用新型的组成部分。
如图3所示，本实用新型在测量线性位移的过程中，采集移动的位置信号、输出电压信号，转子采用电路板上布置LC振荡电路11的形式，激励线圈供电产生交变磁场，LC振荡电路11产生的涡流磁场相比于激励线圈产生的磁场要弱，以至于当接收线圈产生的感应电压较弱的情况下，无法采集位置信号，而LC振荡电路11在激励线圈磁场的作用之下，产生一个与激励线圈磁场方向相同的磁场，相比于激励线圈产生的磁场，有一个加强的效果，同时也增大了气隙的选择空间，而且能够精确测量较长的线性位移，而且结构简单、集成度高、被广泛的应用在注塑机、木工机械、转机、陶瓷机械、水闸控制、液压机械中。
Claims (7)
1.一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：包括位置信号采集处理单元(10)和运算放大单元(20)，位置信号采集处理单元(10)的输出端连接运算放大单元(20)的输入端；
所述位置信号采集处理单元(10)包括设置于电路板上的激励线圈、接收线圈以及固定在另一电路板上的LC振荡电路(11)，所述激励线圈采用中间抽头方式绕制，即为激励线圈设置为依次串联的第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)，所述接收线圈至少设置为第一接收线圈(L3)和第二接收线圈(L4)；
所述第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)均沿矩形方向环绕排布，且均同轴设置；
所述第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)均设置在接收线圈的外侧，且第一激励线圈(L1)和第二激励线圈(L2)的旋绕方向相同；
第一接收线圈(L3)沿电路板长度方向绕设，且第一接收线圈(L3)围成的绕线轨迹在电路板所处平面上的投影形成若干个依次相连的闭合回路；所述第二接收线圈(L4)与第一接收线圈(L3)的绕线方式相同；
所述第一接收线圈(L3)在第二接收线圈(L4)的位置上沿着电路板长度方向平移，且第一接收线圈(L3)和第二接收线圈(L4)的长度相同。
2.如权利要求1所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述第一接收线圈(L3)和第二接收线圈(L4)均沿电路板长度方向呈弯折状布置，且第一接收线圈(L3)或第二接收线圈(L4)沿某一方向绕设一次后，再折返沿前述绕设方向的反方向再绕设一次。
3.如权利要求1所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述第一接收线圈(L3)在第二接收线圈(L4)的位置上沿着电路板长度方向平移1/4周期或1/2周期。
4.如权利要求1所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述闭合回路的形状为菱形、矩形、椭圆形。
5.如权利要求1所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述位置信号采集处理单元(10)包括第一芯片(U1)，所述第一芯片(U1)的引脚1接地，第一芯片(U1)的引脚2连接第二电阻(R2)的一端，所述第二电阻(R2)的另一端连接电源，所述第一芯片(U1)的引脚3连接第一电阻(R1)的一端以及第五电阻(R5)的一端，所述第一电阻(R1)的另一端连接电源，所述第五电阻(R5)的另一端连接运算放大单元(20)的输入端，第一芯片(U1)的引脚4连接第二电容(C2)的一端以及电源，所述第二电容(C2)的另一端接地，第一芯片(U1)的引脚5连接第一电容(C1)的一端并接基准电源，所述第一电容(C1)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚6、引脚7并接地，所述第一芯片(U1)的引脚8、引脚10分别连接第四电感(L4)的一端、第三电感(L3)的一端，所述第四电感(L4)的另一端、第三电感(L3)的另一端以及第一芯片(U1)的引脚9均接地，所述第一芯片(U1)的引脚11连接第三电阻(R3)的一端、第四电阻(R4)的一端，所述第三电阻(R3)的另一端连接基准电源，所述第四电阻(R4)的另一端连接第五电容(C5)的一端、第六电容(C6)的一端并接地，所述第五电容(C5)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚13以及第一电感(L1)的一端，所述第六电容(C6)的另一端连接第一芯片(U1)的引脚12以及第二电感(L2)的一端，所述第一电感(L1)的另一端以及第二电感(L2)的另一端均连接电源，所述第一芯片(U1)的引脚14连接第三电容(C3)的一端，所述第三电容(C3)的另一端接基准电源；
所述第一电感(L1)即为第一激励线圈(L1)，所述第二电感(L2)即为第二激励线圈(L2)，所述第三电感(L3)即为第一接收线圈(L3)，所述第四电感(L4)即为第二接收线圈(L4)。
6.如权利要求5所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述LC振荡电路(11)包括第四电容(C4)和第五电感(L5)，所述第四电容(C4)与第五电感(L5)串联。
7.如权利要求6所述的一种电磁感应式线性位置传感器，其特征在于：所述运算放大单元(20)包括第二芯片(U2)，所述第二芯片(U2)的包括第一运算放大器(A1)和第二运算放大器(A2)，所述第二运算放大器(A2)的正极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚5连接第七电阻(R7)的一端、第八电阻(R8)的一端、第九电阻(R9)的一端以及第八电容(C8)的一端，所述第二运算放大器(A2)的负极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚6连接第九电阻(R9)的另一端以及所述第五电阻(R5)的另一端、第六电阻(R6)的一端、第七电容(C7)的一端，所述第二运算放大器(A2)的信号输出端即为第二芯片(U2)的引脚7连接第六电阻(R6)的另一端、第七电容(C7)的另一端，所述第二芯片(U2)的引脚8连接第八电阻(R8)的另一端、第九电容(C9)的一端、第十电容(C10)的一端以及电源，所述第九电容(C9)的另一端、第十电容(C10)的另一端、第七电阻(R7)的另一端、第八电容(C8)的另一端均接地；所述第一运算放大器(A1)的正极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚3悬空，第一运算放大器(A1)的负极信号输入端即为第二芯片(U2)的引脚2悬空，第一运算放大器(A1)的信号输出端即为第二芯片(U2)的引脚1悬空，所述第二芯片(U2)的引脚4接地。
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2016
- 2016-08-31 CN CN201621034325.2U patent/CN206146368U/zh active Active
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