CN206670653U - 一种检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种检测电路，包括信号检测模块，用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；信号处理模块，与所述信号检测模块电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号；峰值输出模块，与所述信号处理模块电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。本实用新型的检测电路输出的峰值电压的线性范围较宽，线性性能较好。

Description

一种检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，特别是涉及一种电涡流式传感器检测电路。

背景技术

电涡流式传感器是一种建立在电涡流效应原理上的传感器。它是一种性能优越的非接触测量用传感器，这种传感器适用于对机械的振动、位移、转速等运行状态的直接的在线监测。根据电涡流传感器的基本原理，可把被测量的变化转换成电涡流传感器探头线圈阻抗的变化，而测量电路的作用是把电涡流传感器探头阻抗的变化转为电信号输出。

现在电涡流传感器中常用的测量电路有恒定载波频率的调幅电路、载波频率变化的调幅电路、调频电路、电桥电路等。

恒定频率调幅电路是用一只电容与传感器的线圈并联，组成一个并联振荡回路，并由一个频率稳定的振荡器，通常是用石英晶体振荡器提供一个高频信号，激励这个由传感器线圈和并联电容组成的并联谐振回路。

变频调幅电路和调频电路是一个电容三点式振荡器，传感器的线圈接在此振荡回路中。所不同的是，调频电路以振荡频率的变化作为输出信号。

电桥测量电路也是较常用的一种方法。初始状态时电桥平衡，测量时由于线圈阻抗发生变化，使电桥失去平衡，其输出电压的大小可反映被测量的变化。

以上几种测量电路都存在线性范围不够宽的问题。如果仅取其中线性特性较好的一段，则减小了测量范围，使用受到局限。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种检测电路，用于解决现有技术中应用电涡流式对检测对象的特征量的变化进行检测的检测结果的线性范围不够宽，且线性特性不够好的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种检测电路，包括：信号检测模块，用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；信号处理模块，与所述信号检测模块电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号；峰值输出模块，与所述信号处理模块电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。

于本实用新型一具体实施例中，所述信号检测模块包括涡流探头。

于本实用新型一具体实施例中，所述信号处理模块包括第一信号比较单元以及第一信号放大单元。

于本实用新型一具体实施例中，所述峰值输出模块包括第二信号比较单元以及第二信号放大单元。

于本实用新型一具体实施例中，所述第一信号比较单元包括比较器UA1、电容C1、电容C3、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R5；所述电容C1和C3并联后的第一端接地，且并联后的第二端接电源VCC，且所述电源VCC为所述比较器UA1提供电压，所述电阻R1的第一端与所述电源VCC电连接，所述电阻R1的第二端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电容C5的第一端接地，所述电容C5的第二端与所述比较器UA1的正极输入端电连接，所述电阻R5的第一端与所述电容C5的第二端电连接，所述电阻R5的第二端连接基准电压信号Vb，所述电阻R2的第一端与所述比较器UA1的负极输入端电连接。

于本实用新型一具体实施例中，所述第一信号放大单元包括放大器UA2、电容C2、电容C4、电容C6、电阻R3、电阻R4、以及电阻R6；所述电阻R3的第一端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电阻R3的第二端与所述电阻R4的第一端电连接，所述电阻R4的第二端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电阻R6的第一端与所述基准电压信号Vb电连接，所述电阻R6的第二端与所述放大器UA2的正极输入端电连接，所述放大器UA2的正极输入端还通过所述电容C6接地，所述电容C4的第一端与电源VCC电连接，所述电源VCC为所述放大器UA2提供电源，所述电容C4的第二端接地，所述电容C2的第一端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电容C2的第二段与所述放大器UA2的输出端电连接，所述涡流探头对应的电感L1与所述电容C2并联，所述放大器UA2的输出端输出所述正弦波信号。

于本实用新型一具体实施例中，所述第二信号比较单元包括比较器UB1以及电阻R8，所述比较器UB1的负极输入端接收所述正弦波信号的输入，所述电阻R8的第一端与所述比较器UB1的输出端电连接。

于本实用新型一具体实施例中，所述第二信号放大单元包括放大器UB2、电阻R7、电阻R9、电容C7、电容C8，所述电阻R8的第二端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述比较器UB1的正极输入端与所述比较器UB2的输出端电连接，所述电容C7的第一端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述电容C7的第二端与所述放大器UB2的输出端电连接，所述电阻R7与所述电容C7并联，所述电阻R9的第一端接收所述基准电压信号Vb的输入，所述电阻R9的第二端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第一端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第二端接地，所述放大器UB2的输出端输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。

如上所述，本实用新型的检测电路，包括信号检测模块，用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；信号处理模块，与所述信号检测模块电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号；峰值输出模块，与所述信号处理模块电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。本实用新型的检测电路输出的峰值电压的线性范围较宽，且线性性能较好。

附图说明

图1显示为本实用新型的检测电路在一具体实施例中的模块示意图。

图2显示为本实用新型的检测电路在一具体实施例中的电路原理示意图。

图3显示为一具体实施例中应用本实用新型的检测电路的检测结果与应用现有技术中的检测电路的检测结果的比对示意图。

元件标号说明

1 检测电路

11 信号检测模块

12 信号处理模块

121 第一信号比较单元

122 第一信号放大单元

13 峰值输出模块

131 第二信号比较单元

132 第二信号放大单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1，显示为本实用新型的检测电路在一具体实施例中的模块示意图。所述检测电路1包括信号检测模块11、信号处理模块12、以及峰值输出模块13。

所述信号检测模块11用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；优选的，所述信号检测模块11为一涡流探头，所述检测对象的特征值例如为检测对象的振动频率、位移、或转速等。且所述涡流探头可以感测所述特征值的变化，并转化为电感的变化，且根据并联于所述涡流探头两端的电压，即可将所述检测对象的特征值的变化转化为阻抗的变化。

所述信号处理模块12，与所述信号检测模块11电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号。

所述峰值输出模块13，与所述信号处理模块12电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。

于本实用新型的具体实施例中，所述信号处理模块12包括第一信号比较单元121以及第一信号放大单元122。所述峰值输出模块13包括第二信号比较单元131以及第二信号放大单元132。

进一步参阅图2，显示为本实用新型的检测电路在一具体实施例中的电路原理示意图。

所述第一信号比较单元121包括比较器UA1、电容C1、电容C3、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R5；所述电容C1和C3并联后的第一端接地，且并联后的第二端接电源VCC，且所述电源VCC为所述比较器UA1提供电压，所述电阻R1的第一端与所述电源VCC电连接，所述电阻R1的第二端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电容C5的第一端接地，所述电容C5的第二端与所述比较器UA1的正极输入端电连接，所述电阻R5的第一端与所述电容C5的第二端电连接，所述电阻R5的第二端连接基准电压信号Vb，所述电阻R2的第一端与所述比较器UA1的负极输入端电连接。

所述第一信号放大单元122包括放大器UA2、电容C2、电容C4、电容C6、电阻R3、电阻R4、以及电阻R6；所述电阻R3的第一端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电阻R3的第二端与所述电阻R4的第一端电连接，所述电阻R4的第二端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电阻R6的第一端与所述基准电压信号Vb电连接，所述电阻R6的第二端与所述放大器UA2的正极输入端电连接，所述放大器UA2的正极输入端还通过所述电容C6接地，所述电容C4的第一端与电源VCC电连接，所述电源VCC为所述放大器UA2提供电源，所述电容C4的第二端接地，所述电容C2的第一端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电容C2的第二段与所述放大器UA2的输出端电连接，所述涡流探头对应的电感L1与所述电容C2并联，所述放大器UA2的输出端输出所述正弦波信号。

所述第二信号比较单元131包括比较器UB1以及电阻R8，所述比较器UB1的负极输入端接收所述正弦波信号的输入，所述电阻R8的第一端与所述比较器UB1的输出端电连接。

所述第二信号放大单元132包括放大器UB2、电阻R7、电阻R9、电容C7、电容C8，所述电阻R8的第二端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述比较器UB1的正极输入端与所述比较器UB2的输出端电连接，所述电容C7的第一端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述电容C7的第二端与所述放大器UB2的输出端电连接，所述电阻R7与所述电容C7并联，所述电阻R9的第一端接收所述基准电压信号Vb的输入，所述电阻R9的第二端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第一端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第二端接地，所述放大器UB2的输出端输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。

由于现在市场上运用最广泛的是双路集成运算放大器和双路集成比较器，所以本实施例优选可以采用双路集成运算放大器和双路集成比较器，节省成本。

于一具体应用中，图2所示的电路的运行原理为：

探头线圈L1和电容C2并联到放大器UA2的反馈支路上，由于电涡流效应，电涡流传感器探头线圈阻抗随着被测量变化，于是由运算放大器UA2为核心的信号放大电路的放大倍数发生变化。通过比较器UA1将放大器UA2输出的正弦信号反相并转化为方波，再返回到第一信号放大单元122的第一端，即输入到放大器UA2的负极输入端，进而第一信号比较单元121和第一信号放大单元122形成闭环，从而整个测量电路满足了振荡条件，实现自激振荡。放大器UA2输出正弦信号的峰值变化对应着被测量的对象的特征值的变化。

放大器UB2输出与正弦信号的峰值信号对应的直流信号，该直流信号反馈到比较器UB1的输入比较端，用作与输入正弦信号峰值作比较。当第一次加上输入信号时，保持电容C7上的电压为0V，峰值Vpeak也是0V。当输入信号比输出电压超出得更多时，比较器UB1内部的输出开关管导通，并通过R8吸收电流。由于R7值相对较大，充电电流从运算放大器UB2的输出端流入C7。经过几个周期的输入信号后，C7上充入电荷逐渐增多，Vpeak值上升到略高于正弦信号Wave的峰值。一旦Vpeak略大于正弦信号Wave的峰值后，比较器UB1内部的输出开关管关断，C7不再充电。随后C7上存储的电荷开始通过R7放电而逐渐消耗。当Vpeak值逐渐降低到略低于正弦信号Wave的峰值时，比较器UB1内部的输出开关管再次导通。这样利用C7实时追踪了输入正弦信号Wave的峰值。

进一步参阅图3，显示为一具体实施例中应用本实用新型的检测电路的检测结果与应用现有技术中的检测电路的检测结果的比对示意图。对检测对象的位移这一特征值进行检测，其中虚线为应用现有技术中的检测电路的检测结果，点线形成的曲线为应用本实用新型的检测电路的检测结果，且两者相比，虚线对应的曲线，线性范围为位移在0～20mm左右，点线对应的曲线，线性范围为位移在0～40mm左右，可见应用本实用新型的检测电路时，线性范围较宽，且由图中曲线可知，应用本实用新型的检测电路的线性度较好。

综上所述，本实用新型的检测电路，包括信号检测模块，用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；信号处理模块，与所述信号检测模块电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号；峰值输出模块，与所述信号处理模块电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。本实用新型的检测电路输出的峰值电压的线性范围较宽，且线性性能较好。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种检测电路，其特征在于，包括：

信号检测模块，用以对检测对象的特征值进行检测，且根据所述检测对象的特征值的变化而生成相应的检测信号；

信号处理模块，与所述信号检测模块电连接，用以根据所述检测信号形成自激振荡，并生成相应的正弦波信号；

峰值输出模块，与所述信号处理模块电连接，用以根据输入的所述正弦波信号，输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。

2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于：所述信号检测模块包括涡流探头。

3.根据权利要求2所述的检测电路，其特征在于：所述信号处理模块包括第一信号比较单元以及第一信号放大单元。

4.根据权利要求3所述的检测电路，其特征在于：所述峰值输出模块包括第二信号比较单元以及第二信号放大单元。

5.根据权利要求4所述的检测电路，其特征在于：所述第一信号比较单元包括比较器UA1、电容C1、电容C3、电容C5、电阻R1、电阻R2、电阻R5；所述电容C1和C3并联后的第一端接地，且并联后的第二端接电源VCC，且所述电源VCC为所述比较器UA1提供电压，所述电阻R1的第一端与所述电源VCC电连接，所述电阻R1的第二端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电容C5的第一端接地，所述电容C5的第二端与所述比较器UA1的正极输入端电连接，所述电阻R5的第一端与所述电容C5的第二端电连接，所述电阻R5的第二端连接基准电压信号Vb，所述电阻R2的第一端与所述比较器UA1的负极输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的检测电路，其特征在于：所述第一信号放大单元包括放大器UA2、电容C2、电容C4、电容C6、电阻R3、电阻R4、以及电阻R6；所述电阻R3的第一端与所述比较器UA1的输出端电连接，所述电阻R3的第二端与所述电阻R4的第一端电连接，所述电阻R4的第二端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电阻R6的第一端与所述基准电压信号Vb电连接，所述电阻R6的第二端与所述放大器UA2的正极输入端电连接，所述放大器UA2的正极输入端还通过所述电容C6接地，所述电容C4的第一端与电源VCC电连接，所述电源VCC为所述放大器UA2提供电源，所述电容C4的第二端接地，所述电容C2的第一端与所述放大器UA2的负极输入端电连接，所述电容C2的第二段与所述放大器UA2的输出端电连接，所述涡流探头对应的电感L1与所述电容C2并联，所述放大器UA2的输出端输出所述正弦波信号。

7.根据权利要求6所述的检测电路，其特征在于：所述第二信号比较单元包括比较器UB1以及电阻R8，所述比较器UB1的负极输入端接收所述正弦波信号的输入，所述电阻R8的第一端与所述比较器UB1的输出端电连接。

8.根据权利要求7所述的检测电路，其特征在于：所述第二信号放大单元包括放大器UB2、电阻R7、电阻R9、电容C7、电容C8，所述电阻R8的第二端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述比较器UB1的正极输入端与所述比较器UB2的输出端电连接，所述电容C7的第一端与所述放大器UB2的负极输入端电连接，所述电容C7的第二端与所述放大器UB2的输出端电连接，所述电阻R7与所述电容C7并联，所述电阻R9的第一端接收所述基准电压信号Vb的输入，所述电阻R9的第二端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第一端与所述放大器UB2的正极输入端电连接，所述电容C8的第二端接地，所述放大器UB2的输出端输出与所述正弦波信号对应的峰值电压。