CN206832179U - 一种电涡流传感器测量电路和电涡流传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电涡流传感器测量电路和电涡流传感器，电涡流传感器测量电路包括：振荡器模块、电感激励模块、阻抗隔离模块和信号放大模块；振荡器模块的输出端和电感激励模块的输入端相连，输入端和电源相连，用于将从输入端输入的直流电压转换为交流信号输出；电感激励模块的输出端和阻抗隔离模块的输入端相连，用于在交流信号的控制下，将电源端输入的电压施加在电感激励模块所包括的线圈上，以使线圈产生交变磁场，并输出跟随线圈的阻抗值相应变化的电压信号；阻抗隔离模块的输出端和信号放大模块的输入端相连，用于将电压信号传输至信号放大模块，并阻挡从阻抗隔离模块的输出端反向传输的干扰信号。

Description

一种电涡流传感器测量电路和电涡流传感器

技术领域

本实用新型实施例涉及电子电路技术，尤其涉及一种电涡流传感器测量电路和电涡流传感器。

背景技术

电涡流传感器是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间的相对位移变化。

ATM(Automatic Teller Machine，自动取款机)中对钞票鉴别真伪的模组中，会对纸币厚度进行测量鉴别，而对厚度的测量，会间接通过电涡流传感器来进行测量。当纸币通过测量装置的时候，纸币会通过一个浮动辊，浮动辊会因为纸币的插入而抬升相当于纸币厚度的高度。浮动辊是一种金属导磁材料，在浮动辊上方会有一个电感线圈，当导磁的浮动辊对于线圈的距离发生变化时，会使电涡流强度发生变化，这个变化又会间接反映在电感的阻抗变化这个物理量上，通过测量电感量的变化就间接的测量了电涡流强度的变化。

现有技术中，测量线圈的阻抗时，会受到测量电路中干扰信号的影响，从而造成测量到的线圈阻抗变化量存在较大误差，影响测量结果的精度。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电涡流传感器测量电路和电涡流传感器，以实现对电涡流进行测量时，隔离电路中的干扰信号，提高测量精度。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电涡流传感器测量电路，包括：振荡器模块、电感激励模块、阻抗隔离模块和信号放大模块；

所述振荡器模块，所述振荡器模块的输出端和所述电感激励模块的输入端相连，所述振荡器模块的输入端和电源相连，用于将从所述振荡器模块的输入端输入的直流电压转换为交流信号经所述振荡器模块的输出端输出；

所述电感激励模块，所述电感激励模块的输出端和所述阻抗隔离模块的输入端相连，所述电感激励模块的电源端和所述电源相连，用于在所述交流信号的控制下，将从所述电感激励模块的电源端输入的电压施加在所述电感激励模块所包括的线圈上，以使所述线圈产生交变磁场，并输出跟随所述线圈的阻抗值相应变化的电压信号；

所述阻抗隔离模块，所述阻抗隔离模块的输出端和所述信号放大模块的输入端相连，用于将所述电压信号传输至所述信号放大模块，并阻挡从所述阻抗隔离模块的输出端反向传输的干扰信号；

所述信号放大模块，用于将所述电压信号按照预设放大比例进行放大，生成放大电压信号，并经所述信号放大模块的输出端输出。

进一步的，电涡流传感器测量电路还包括：

滤波模块，所述滤波模块的输入端和所述阻抗隔离模块的输出端相连，所述滤波模块的输出端和所述信号放大模块的输入端相连，用于滤除所述电压信号中的噪声信号。

进一步的，所述电感激励模块包括：

所述线圈、受控开关元件和第一电阻；

所述受控开关元件的使能端用于连接所述振荡器模块的输出端，所述受控开关元件的电流通路的第一端和所述电源相连，所述受控开关元件的电流通路的第二端和所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端用于和所述阻抗隔离模块的输入端相连，所述第一电阻的第二端和所述线圈的一端相连，所述线圈的另一端接地；

所述受控开关元件用于在所述交流信号的控制下，导通或切断所述受控开关元件的电流通路。

进一步的，所述受控开关元件为第一三极管；

所述第一三极管的基极用于连接所述振荡器模块的输出端，集电极和所述电源相连，发射极和所述第一电阻的第一端相连。

进一步的，所述阻抗隔离模块包括第二三极管、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一运算放大器；

所述第二三极管的基极用于连接所述电感激励模块的输出端，集电极连接所述电源，发射极连接所述第二电阻的一端；

所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的一端和所述第一运算放大器的同向输入端相互连接；

所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容和所述第三电阻并联；

所述第一运算放大器的反向输入端和输出端相连，所述第一运算放大器的输出端用于连接所述信号放大模块的输入端。

进一步的，所述滤波模块包括第二电容、第四电阻和第五电阻；

所述第四电阻的一端用于和所述阻抗隔离模块的输出端相连，另一端和所述第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端接地；

所述第二电容和所述第五电阻并联；

所述第四电阻和所述第五电阻的公共端用于和所述信号放大模块的输入端相连。

进一步的，所述信号放大模块包括第六电阻、第七电阻和第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正向输入端用于连接所述阻抗隔离模块的输出端，反向输入端、所述第六电阻的一端和第七电阻的一端相互连接，输出端和所述第七电阻的另一端相连；

所述第六电阻的另一端接地。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电涡流传感器，包括第一方面提供的电涡流传感器测量电路。

本实用新型实施例的技术方案通过隔离电涡流传感器测量电路中的干扰信号，解决线圈的阻抗会受到测量电路中干扰信号的影响，从而造成测量到的线圈阻抗变化量存在较大误差的问题，实现提高电涡流测量精度的效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的电涡流传感器测量电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二中的电涡流传感器测量电路的结构示意图；

图3是本实用新型实施例三中的电涡流传感器测量电路的电路结构图；

图4是本实用新型实施例四中的电涡流传感器的结构示意图。

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的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的电涡流传感器测量电路的结构示意图，本实施例提供的电涡流传感器测量电路可应用于通过电涡流进行间接测量高度、厚度和位移等物理量的电涡流传感器中，该电涡流传感器测量电路10具体包括：振荡器模块110、电感激励模块120、阻抗隔离模块130和信号放大模块140。

振荡器模块110，振荡器模块110的输出端和电感激励模块120的输入端相连，振荡器模块110的输入端和电源相连，用于将从振荡器模块110的输入端输入的直流电压转换为交流信号经振荡器模块110的输出端输出；

电感激励模块120，电感激励模块120的输出端和阻抗隔离模块130的输入端相连，电感激励模块120的电源端和电源相连，用于在交流信号的控制下，将从电感激励模块120的电源端输入的电压施加在电感激励模块120所包括的线圈上，以使线圈产生交变磁场，并输出跟随线圈的阻抗值相应变化的电压信号；

阻抗隔离模块130，阻抗隔离模块130的输出端和信号放大模块140的输入端相连，用于将电压信号传输至信号放大模块140，并阻挡从阻抗隔离模块130的输出端反向传输的干扰信号；

信号放大模块140，用于将电压信号按照预设放大比例进行放大，并经信号放大模块140的输出端输出。

其中，上述模块之间的连接关系如图1所示(图1中未示出电源端子和接地端子)，振荡器模块110为可以产生振荡电流的电路，其从输入端获取直流电，其输出的交流信号可以为正弦波或方波，振荡器模块110输出的交流信号的频率和占空比，可以是固定的，也可以是可调的，并且频率和占空比可以是独立调节的。示例的，振荡器模块110可以为晶体振荡器电路、555定时器振荡电路、串联谐振电容三点式电路或积分-施密特触发器型压控振荡器。振荡器模块110输出的交流信号输出至电感激励模块120的输入端，为电感激励模块120提供控制信号，使得电感激励模块120的电源端输入的电压根据上述交流信号的频率和占空比施加到线圈上，使得线圈产生交变磁场，示例的，输入电感激励模块120的交流信号为方波信号，当方波信号的电压为高电平时，电感激励模块120的电源端输入的电压施加在线圈上；当方波信号的电压为低电平时，电感激励模块120的电源端输入的电压被截止，不施加在线圈上，线圈据此交变激励电压产生相应的交变磁场。电感激励模块120将线圈两端的电压或将与线圈两端电压同步变化的电压作为电感激励模块120输出的电压信号传输至阻抗隔离模块130，阻抗隔离模块130可以由一级或多级阻抗隔离电路组成，从而将由阻抗隔离模块130的输出端反向传输的干扰信号隔离，避免反向传输的干扰信号对线圈两端的电压造成影响，例如，阻抗隔离模块130可以是由运算放大器或三极管组成的跟随器电路。在得到跟随线圈的阻抗值相应变化的电压信号之后，将该电压信号经信号放大模块140进行放大，生成放大电压信号，并输出，该放大电压信号是与线圈的阻抗值相应变化的，那么，因为线圈的阻抗值与被测金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及线圈到被测导体表面的距离等参数有关，当获取到与线圈的阻抗值相应变化的放大电压信号，并确定其他参数的情况下，就可以根据放大电压信号确定线圈的阻抗值，并进一步确定被测金属体中电涡流的值，从而可以获得被测金属体与线圈的距离。

本实施例的技术方案，通过隔离电涡流传感器测量电路中的干扰信号，解决线圈的阻抗会受到测量电路中干扰信号的影响，从而造成测量到的线圈阻抗变化量存在较大误差的问题，实现提高电涡流测量精度的效果。

实施例二

如图2所示，在上述实施例技术方案的基础上，电涡流传感器测量电路10还包括滤波模块150，滤波模块150的输入端和阻抗隔离模块130的输出端相连，滤波模块150的输出端和信号放大模块140的输入端相连，用于滤除电压信号中的噪声信号。

其中，从阻抗隔离模块130输出的电压信号，可能包含无用的噪声信号，在电压信号输入信号放大模块140进行放大之前，通过滤波模块150将可能存在的噪声信号滤除，可以较少电压信号中的干扰，提高电涡流测量精度。

滤波模块150可以是有源滤波电路或无源滤波电路，优选使用无源滤波电路，有利于减少电路元件，简化电路结构，例如RC滤波电路和LC滤波电路。

本实施例的技术方案，通过滤波模块滤除噪声信号，实现提高电涡流测量精度的效果。

实施例三

图3为本实用新型实施例三提供的电涡流传感器测量电路的电路结构图，该电路结构图中示出了电涡流传感器测量电路10的必要电路结构，本实施例的技术方案是上述实施例技术方案的一种优选实现方式，但上述实施例的技术方案的实现方式不限于图3中所示的电路。

其中，电感激励模块120包括：

线圈L1、受控开关元件K1和第一电阻R1；

受控开关元件K1的使能端用于连接振荡器模块110的输出端，也就是受控开关元件K1的使能端作为电感激励模块120的输入端，受控开关元件K1的电流通路的第一端和电源相连，也就是受控开关元件K1的电流通路的第一端作为电感激励模块120的电源端，受控开关元件K1的电流通路的第二端和第一电阻R1的第一端相连，第一电阻R1的第二端用于和阻抗隔离模块130的输入端相连，也就是第一电阻R1的第二端作为电感激励模块120的输出端，第一电阻R1的第二端和线圈L1的一端相连，线圈L1的另一端接地；

受控开关元件K1用于在交流信号的控制下，导通或切断受控开关元件K1的电流通路。

受控开关元件K1可以为三极管、场效应管、可控硅或继电器等开关元件，如图3中所示，以第一三极管Q1作为受控开关元件K1为例，示出了电路连接结构；

第一三极管K1的基极用于连接振荡器模块110的输出端，集电极和电源相连，发射极和第一电阻R1的第一端相连。

可选的，阻抗隔离模块130包括第二三极管Q2、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和第一运算放大器U1；

第二三极管Q2的基极用于连接电感激励模块120的输出端，也就是第二三极管Q2的基极作为阻抗隔离模块130的输入端，集电极连接电源，发射极连接第二电阻R2的一端；

第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的一端和第一运算放大器U1的同向输入端相互连接；

第三电阻R3的另一端接地；

第一电容C1和第三电阻R3并联；

第一运算放大器U1的反向输入端和输出端相连，第一运算放大器U1的输出端作为阻抗隔离模块130的输出端。

可选的，滤波模块150包括第二电容C2、第四电阻R4和第五电阻R5；

第四电阻R4的一端用于和阻抗隔离模块130的输出端相连，另一端和第五电阻R5的一端相连，第五电阻R5的另一端接地；

第二电容C2和第五电阻R5并联；

第四电阻R4和第五电阻R5的公共端用于和信号放大模块140的输入端相连。

可选的，信号放大模块140包括第六电阻R6、第七电阻R7和第二运算放大器U2；

第二运算放大器U2的正向输入端作为信号放大模块140的输入端，反向输入端、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端相互连接，输出端和第七电阻R7的另一端相连，第二运算放大器U2的输出端作为信号放大模块140的输出端；

第六电阻R6的另一端接地。

本实施例的技术方案，适用于利用电涡流进行间接测量高度、厚度和位移等物理量的电涡流传感器电路中，该电路结构简单，实用性和通用性强。

实施例四

图4为实施例四提供的一种电涡流传感器的结构示意图，该电涡流传感器40包括上述实施例提供的电涡流传感器测量电路10，可选的，电涡流传感器还包括壳体410，壳体410包覆电涡流传感器测量电路10，其中，壳体410设置有探头部411，电涡流传感器测量电路10中的线圈L1设置在探头部411内的预设位置，形成电涡流传感器的探头，将电涡流传感器的探头安置在被测金属物体的预设距离范围(该预设距离范围根据线圈产生的交变磁场确定)内，通过电涡流传感器可实现测量被测金属物体的位移。示例的，可以在ATM中通过电涡流传感器对纸币厚度来进行测量，当纸币通过ATM内部的厚度测量装置的时候，纸币会从一个浮动辊的下方通过，浮动辊会因为纸币的插入而抬升相当于纸币厚度的高度，将电涡流传感器的探头部设置在浮动辊上方，当纸币通过浮动辊，即可实现对纸币厚度测量。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种电涡流传感器测量电路，其特征在于，包括：振荡器模块、电感激励模块、阻抗隔离模块和信号放大模块；

所述振荡器模块，所述振荡器模块的输出端和所述电感激励模块的输入端相连，所述振荡器模块的输入端和电源相连，用于将从所述振荡器模块的输入端输入的直流电压转换为交流信号经所述振荡器模块的输出端输出；

所述电感激励模块，所述电感激励模块的输出端和所述阻抗隔离模块的输入端相连，所述电感激励模块的电源端和所述电源相连，用于在所述交流信号的控制下，将从所述电感激励模块的电源端输入的电压施加在所述电感激励模块所包括的线圈上，以使所述线圈产生交变磁场，并输出跟随所述线圈的阻抗值相应变化的电压信号；

所述阻抗隔离模块，所述阻抗隔离模块的输出端和所述信号放大模块的输入端相连，用于将所述电压信号传输至所述信号放大模块，并阻挡从所述阻抗隔离模块的输出端反向传输的干扰信号；

所述信号放大模块，用于将所述电压信号按照预设放大比例进行放大，生成放大电压信号，并经所述信号放大模块的输出端输出。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：

滤波模块，所述滤波模块的输入端和所述阻抗隔离模块的输出端相连，所述滤波模块的输出端和所述信号放大模块的输入端相连，用于滤除所述电压信号中的噪声信号。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电感激励模块包括：

所述线圈、受控开关元件和第一电阻；

所述受控开关元件的使能端用于连接所述振荡器模块的输出端，所述受控开关元件的电流通路的第一端和所述电源相连，所述受控开关元件的电流通路的第二端和所述第一电阻的第一端相连，所述第一电阻的第二端用于和所述阻抗隔离模块的输入端相连，所述第一电阻的第二端和所述线圈的一端相连，所述线圈的另一端接地；

所述受控开关元件用于在所述交流信号的控制下，导通或切断所述受控开关元件的电流通路。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述受控开关元件为第一三极管；

所述第一三极管的基极用于连接所述振荡器模块的输出端，集电极和所述电源相连，发射极和所述第一电阻的第一端相连。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述阻抗隔离模块包括第二三极管、第二电阻、第三电阻、第一电容和第一运算放大器；

所述第二三极管的基极用于连接所述电感激励模块的输出端，集电极连接所述电源，发射极连接所述第二电阻的一端；

所述第二电阻的另一端、所述第三电阻的一端和所述第一运算放大器的同向输入端相互连接；

所述第三电阻的另一端接地；

所述第一电容和所述第三电阻并联；

所述第一运算放大器的反向输入端和输出端相连，所述第一运算放大器的输出端用于连接所述信号放大模块的输入端。

6.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述滤波模块包括第二电容、第四电阻和第五电阻；

所述第四电阻的一端用于和所述阻抗隔离模块的输出端相连，另一端和所述第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端接地；

所述第二电容和所述第五电阻并联；

所述第四电阻和所述第五电阻的公共端用于和所述信号放大模块的输入端相连。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号放大模块包括第六电阻、第七电阻和第二运算放大器；

所述第二运算放大器的正向输入端用于连接所述阻抗隔离模块的输出端，反向输入端、所述第六电阻的一端和第七电阻的一端相互连接，输出端和所述第七电阻的另一端相连；

所述第六电阻的另一端接地。

8.一种电涡流传感器，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的电涡流传感器测量电路。