CN207688813U - 一种调理放大电路及使用其的弹簧长度检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调理放大电路及使用其的弹簧长度检测控制系统，对现有弹簧长度检测控制系统中的调理放大电路进行改进，调理电路主要由第一调理支路和第二调理支路组成，所述第一、第二调理支路分别连接检测探头的两个引线端，将检测探头的电容变化转化为电信号；所述第一、第二调理支路主路均由两个二极管和一个电容组成，其中一个二极管与电容串联后，再与另一个二极管并联，与电容串联的二极管和电容之间引出接线端，所述第一调理支路的接线端连接至所述振荡电路，所述第二调理电路的接线端连接至所述放大电路。本实用新型改善了现有调理放大电路响应速度不快，容易受温度、湿度影响的缺点，使其输出精确、稳定、响应快。

Description

一种调理放大电路及使用其的弹簧长度检测控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种转换线路结构，具体是一种调理放大电路及使用其的弹簧长度检测控制系统。

背景技术

弹簧在某些精密机电设备中经常使用到，在这些精度要求高的应用场合，要求装配时弹簧长度的相对误差范围在±0.2mm以内，这就要求弹簧生产企业在弹簧生产加工时，对弹簧长度的精度控制有更高的要求。然而，传统的接触式测量无法满足这一要求，因此出现了基于微电容传感器的非接触式弹簧检测控制系统，其主要原理是将传感器端面作为电容式传感器的一块电容极板，即电容传感器的固定极板，所测量的弹簧端面作为变间隙式电容传感器的另一块电容极板，即电容传感器的可动极板，如图1所示。传感器端面固定在弹簧机的机头前端，在测量弹簧长度之前先进行数值标定，当弹簧机挤出弹簧时，所测量的弹簧端面与传感器端面形成电容，当弹簧挤出到测定长度时，停止机器，测量此时电容值并记录数值，然后调节传感器端面与所测量的弹簧端面的距离变化为正负最大偏差时，记录此时的测量数值。通过检测控制系统把对电容变化值转化为电压变化值，再通过预先标定实现电压值变化与弹簧长度变化的对应转化。

非接触式弹簧检测控制系统在现有技术中已经有所应用。国家知识产权局于2015年6月17日授权公告的实用新型专利CN 204396752U介绍了一种集成弹簧长度调节及分拣功能的弹簧机控制系统，该弹簧机控制系统就是基于上述微电容传感器的。基于微电容传感器的检测头依次通过电桥单元、信号调制放大单元、A/D转换单元、数据分析单元连接控制器；控制器连接显示器、若干按键，并通过接口模块连接弹簧机、检测头、分拣装置。

现有技术中的非接触式弹簧检测控制系统，如同实用新型专利CN 204396752U，存在以下几个问题：1.输入控制器的弱小信号经电桥处理会存在响应速度不快，容易受温度、湿度影响的缺点；2.零点调节等操作都是旋钮式的机械调节，根本上还是人为控制调节，调零电位器旋转一点点，数字变化却很大，造成调零困难，影响效率、精度。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种调理放大电路及使用其的弹簧长度检测控制系统。

本实用新型保护一种调理放大电路,包括将探头微小的电容转化为电信号输出的调理电路，为调理电路提供工作条件的振荡电路，以及将调理电路输出的电信号进行放大的放大电路；所述振荡电路通过变压器将信号耦合至所述调理电路；所述调理电路主要由第一调理支路和第二调理支路组成，所述第一、第二调理支路分别连接检测探头的两个引线端，将检测探头的电容变化转化为电信号；所述第一、第二调理支路主路均由两个二极管和一个电容组成，其中一个二极管与电容串联后，再与另一个二极管并联，与电容串联的二极管和电容之间引出接线端，所述第一调理支路的接线端连接至所述振荡电路，所述第二调理电路的接线端连接至所述放大电路。

进一步的，所述第一调理支路由第一电容、第三电容、第三二极管、第四二极管组成，所述第三二极管串联所述第三电容后，再与所述第四二极管并联，最后与前端的第一电容串联；所述第三电容一端连接所述第三二极管，另一端连接变压器第一复边绕组负极和信号地；所述第一电容一端连接所述第四二极管，另一端连接检测探头第一引线端；所述第二调理支路由第二电容、第四电容、第五二极管、第六二极管组成，所述第六二极管串联所述第四电容后，再与所述第五二极管并联，最后与前端的第二电容串联；所述第四电容一端连接所述第六二极管，另一端连接信号地，以及通过第五电容连接变压器第二复边绕组负极；所述第二电容一端连接所述第五二极管，另一端连接检测探头第二引线端；所述检测探头第一引线端连接变压器第一复边绕组正极，所述检测探头第二引线端通过第二二极管连接变压器第二复边绕组正极；所述检测探头第一引线端与第二引线端之间连接有第一二极管，所述检测探头第二引线端通过所述第二二极管连接所述第二电容；所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端通过调整电路连接至所述放大电路，所述调整电路由第一电阻、第二电阻、调零电位器和第四电阻组成，所述第一电阻与所述第二电阻串联后，与所述调零电位器并联，所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端连接至所述第一电阻和第二电阻之间；所述第二电阻一端与所述第一电阻连接，另一端连接信号地；所述第一电阻一端与所述第二电阻连接，另一端连接第四电阻；所述第四电阻一端连接所述第一电阻，另一端连接变压器第二复边绕组负极和放大电路。

本实用新型还保护一种弹簧长度检测控制系统，包括非接触式检测探头、调理放大电路、A/D转换电路、嵌入式微控制器、输出信号处理电路，所述非接触式检测探头依次连接所述调理放大电路、所述A/D转换电路、所述嵌入式微控制器，所述嵌入式微控制器连接所述输出信号处理电路，所述输出信号处理电路连接分拣执行机构、弹簧调节马达；所述调理放大电路为前述调理放大电路，不再赘述。

进一步的，还包括安装在机箱内部和外部温湿度检测器；机箱外部的温湿度检测器与所述嵌入式微控制器连接，或者通过多级处理电路与所述A/D转换电路连接，所述调理放大电路通过所述多级处理电路连接所述A/D转换电路；机箱内部的温湿度检测器与嵌入式控制器连接。

进一步的，系统外接有用于调零处理的电位器和精调按键，以及用于调整测量误差的手动数字化补偿按键，所述电位器、所述精调按键、所述手动数字化补偿按键通过按键信号输入电路连接所述嵌入式微控制器。

本实用新型的有益效果：1.对调理放大电路进行改进，使其输出精确、稳定、响应快；2.电位器粗调与按键精调相结合、模拟量与数字量相结合的调零处理方式，提高了调零效率和精度，延长调零电位器的使用寿命；3.手动按键数字化补偿实现了不停机对系统误差进行补偿，提高了生产效率。

附图说明

图1为非接触式检测探头的结构示意图；

图2为弹簧长度检测控制系统的主要结构框图之一；

图3为弹簧长度检测控制系统的主要结构框图之二；

图4为调理放大电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

一种弹簧长度检测控制系统，如图1所示，包括非接触式检测探头、调理放大电路、多级处理电路、A/D转换电路、嵌入式微控制器(即嵌入式MCU)、输出信号处理电路、机箱外部温湿度检测器、机箱内部温湿度检测器，机箱外部温湿度检测器用于对探头随环境温湿度变化产生的测量误差进行补偿，机箱内部温湿度检测器用于对机箱内电子元件随温湿度变化产生的测量误差进行补偿。所述非接触式检测探头依次连接所述调理放大电路、所述多级处理电路、所述A/D转换电路、所述嵌入式微控制器，所述嵌入式微控制器连接所述输出信号处理电路，所述输出信号处理电路连接分拣执行机构、弹簧调节马达。机箱外部温湿度检测器输出模拟信号，通过多级处理电路与所述A/D转换电路连接，如图2所示；如果机箱外部温湿度检测器输出的是数字信号，则可以直接与所述嵌入式微控制器连接，如图3所示。由于湿度变化对电子元件测量误差影响几乎可以忽略不计，因此，机箱内部可只考虑电子元件随温度变化产生的测量误差对弹簧长度公差的影响，仅设置温度检测器，优选采用数字信号输出的温度检测器，直接连接所述嵌入式微控制器。。

所述调理放大电路包括将探头微小的电容转化为电信号输出的调理电路10，为调理电路提供工作条件的振荡电路20，以及将调理电路输出的电信号进行放大的放大电路30，如图4所示；所述振荡电路20通过变压器T1将信号耦合至所述调理电路10；所述调理电路10主要由第一调理支路和第二调理支路组成，所述第一、第二调理支路分别连接检测探头的两个引线端，将检测探头的电容变化转化为电信号；所述第一、第二调理支路主路均由两个二极管和一个电容组成，其中一个二极管与电容串联后，再与另一个二极管并联，与电容串联的二极管和电容之间引出接线端，所述第一调理支路的接线端连接至所述振荡电路，所述第二调理电路的接线端连接至所述放大电路。

具体的，所述第一调理支路由第一电容C1、第三电容D3、第三二极管D3、第四二极管D4组成，所述第三二极管D3串联所述第三电容C3后，再与所述第四二极管D4并联，最后与前端的第一电容C1串联；所述第三电容C3一端连接所述第三二极管D3，另一端连接变压器第一复边绕组负极和信号地；所述第一电容C1一端连接所述第四二极管D4，另一端连接检测探头第一引线端；所述第二调理支路由第二电容C2、第四电容C3、第五二极管D5、第六二极管D6组成，所述第六二极管D6串联所述第四电容C4后，再与所述第五二极管D5并联，最后与前端的第二电容C2串联；所述第四电容C4一端连接所述第六二极管D6，另一端连接信号地，以及通过第五电容C5连接变压器第二复边绕组负极；所述第二电容C2一端连接所述第五二极管D5，另一端连接检测探头第二引线端；所述检测探头第一引线端连接变压器第一复边绕组正极，所述检测探头第二引线端通过第二二极管连接变压器第二复边绕组正极；所述检测探头第一引线端与第二引线端之间连接有第一二极管D1，所述检测探头第二引线端通过所述第二二极管D2连接所述第二电容C2；所述第六二极管D6和所述第四电容C4之间的引出端通过调整电路连接至所述放大电路30，所述调整电路由第一电阻R1、第二电阻R2、调零电位器R2和第四电阻R4组成，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2串联后，与所述调零电位器R3并联，所述第六二极管D6和所述第四电容C4之间的引出端连接至所述第一电阻R1和第二电阻R2之间；所述第二电阻R2一端与所述第一电阻R1连接，另一端连接信号地；所述第一电阻R1一端与所述第二电阻R2连接，另一端连接第四电阻R4；所述第四电阻R4一端连接所述第一电阻R1，另一端连接变压器第二复边绕组负极和放大电路30。调理整理的主要作用是，针对生产不同规格的弹簧，调节调零电位器R3使得电路的总输出值为中间值“0”。

上述提到的振荡电路和放大电路不限于具体形式，可以使用任何一种可以实现其功能的现有电路，本实施例中给出其中一种电路结构。

所述振荡电路20包括恒流恒压源、第一放大器A1、三极管Q1、第一电位器R5、第二电位器R8、第六电阻R6、第七电阻R7、第九电阻R9、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9；第一放大器A1正向输入端连接至第一电位器R5，并通过第一电位器R5连接至恒流恒压源，其负向输入端通过第七电阻R7连接至恒流恒压源另一端和信号地，其输出端连接第二电位器R8，所述第二电位器一端连接工作电源，另一端连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极连接变压器主边绕组一端，其基极通过并联的第八电容C8和第九电阻R9连接变压器主边绕组另一端，变压器主边绕组中端连接信号地，并通过第九电阻C9连接至三极管Q1的集电极。第一电位器R5起到稳定作用；第二电位器R8主要起调节振荡电路，使其输出波形达到理想波形。

所述放大电路30包括第二电位器A2、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十电容C10；第二电位器A2的负向输入端通过第十电阻R10连接所述第四电阻R4，其正向输入端接地，其负向输入端和输出端之间并联有第十电容C10，第十一电阻R11和第十二电阻R12串联后，与所述第十电容C10并联，第十一电阻R11和第十二电阻R12的连接点通过第十三电阻R13连接信号地。

系统外接有用于调零处理的电位器和精调按键，以及用于调整测量误差的手动数字化补偿按键，所述电位器、所述精调按键、所述手动数字化补偿按键通过按键信号输入电路连接所述嵌入式微控制器。粗调与精调相结合、模拟量与数字量相结合的调零处理方式，提高了调零效率和精度；手动按键数字化补偿实现了不停机对系统误差进行补偿，提高了生产效率。

显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

Claims (7)

1.一种调理放大电路,其特征在于：包括将探头微小的电容转化为电信号输出的调理电路，为调理电路提供工作条件的振荡电路，以及将调理电路输出的电信号进行放大的放大电路；所述振荡电路通过变压器将信号耦合至所述调理电路；

所述调理电路主要由第一调理支路和第二调理支路组成，所述第一、第二调理支路分别连接检测探头的两个引线端，将检测探头的电容变化转化为电信号；所述第一、第二调理支路主路均由两个二极管和一个电容组成，其中一个二极管与电容串联后，再与另一个二极管并联，与电容串联的二极管和电容之间引出接线端，所述第一调理支路的接线端连接至所述振荡电路，所述第二调理电路的接线端连接至所述放大电路。

2.根据权利要求1所述的调理放大电路，其特征在于，所述第一调理支路由第一电容、第三电容、第三二极管、第四二极管组成，所述第三二极管串联所述第三电容后，再与所述第四二极管并联，最后与前端的第一电容串联；所述第三电容一端连接所述第三二极管，另一端连接变压器第一复边绕组负极和信号地；所述第一电容一端连接所述第四二极管，另一端连接检测探头第一引线端；

所述第二调理支路由第二电容、第四电容、第五二极管、第六二极管组成，所述第六二极管串联所述第四电容后，再与所述第五二极管并联，最后与前端的第二电容串联；所述第四电容一端连接所述第六二极管，另一端连接信号地，以及通过第五电容连接变压器第二复边绕组负极；所述第二电容一端连接所述第五二极管，另一端连接检测探头第二引线端；

所述检测探头第一引线端连接变压器第一复边绕组正极，所述检测探头第二引线端通过第二二极管连接变压器第二复边绕组正极；所述检测探头第一引线端与第二引线端之间连接有第一二极管，所述检测探头第二引线端通过所述第二二极管连接所述第二电容；

所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端通过调整电路连接至所述放大电路，所述调整电路由第一电阻、第二电阻、调零电位器和第四电阻组成，所述第一电阻与所述第二电阻串联后，与所述调零电位器并联，所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端连接至所述第一电阻和第二电阻之间；所述第二电阻一端与所述第一电阻连接，另一端连接信号地；所述第一电阻一端与所述第二电阻连接，另一端连接第四电阻；所述第四电阻一端连接所述第一电阻，另一端连接变压器第二复边绕组负极和放大电路。

3.一种弹簧长度检测控制系统，包括非接触式检测探头、调理放大电路、A/D转换电路、嵌入式微控制器、输出信号处理电路，所述非接触式检测探头依次连接所述调理放大电路、所述A/D转换电路、所述嵌入式微控制器，所述嵌入式微控制器连接所述输出信号处理电路，所述输出信号处理电路连接分拣执行机构、弹簧调节马达，其特征在于，所述调理放大电路包括将探头微小的电容转化为电信号输出的调理电路，为调理电路提供工作条件的振荡电路，以及将调理电路输出的电信号进行放大的放大电路；所述振荡电路通过变压器将信号耦合至所述调理电路；

所述调理电路主要由第一调理支路和第二调理支路组成，所述第一、第二调理支路分别连接检测探头的两个引线端，将检测探头的电容变化转化为电信号；所述第一、第二调理支路主路均由两个二极管和一个电容组成，其中一个二极管与电容串联后，再与另一个二极管并联，与电容串联的二极管和电容之间引出接线端，所述第一调理支路的接线端连接至所述振荡电路，所述第二调理电路的接线端连接至所述放大电路。

4.根据权利要求3所述的弹簧长度检测控制系统，其特征在于，所述第一调理支路由第一电容、第三电容、第三二极管、第四二极管组成，所述第三二极管串联所述第三电容后，再与所述第四二极管并联，最后与前端的第一电容串联；所述第三电容一端连接所述第三二极管，另一端连接变压器第一复边绕组负极和信号地；所述第一电容一端连接所述第四二极管，另一端连接检测探头第一引线端；

所述第二调理支路由第二电容、第四电容、第五二极管、第六二极管组成，所述第六二极管串联所述第四电容后，再与所述第五二极管并联，最后与前端的第二电容串联；所述第四电容一端连接所述第六二极管，另一端连接信号地，以及通过第五电容连接变压器第二复边绕组负极；所述第二电容一端连接所述第五二极管，另一端连接检测探头第二引线端；

所述检测探头第一引线端连接变压器第一复边绕组正极，所述检测探头第二引线端通过第二二极管连接变压器第二复边绕组正极；所述检测探头第一引线端与第二引线端之间连接有第一二极管，所述检测探头第二引线端通过所述第二二极管连接所述第二电容；

所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端通过调整电路连接至所述放大电路，所述调整电路由第一电阻、第二电阻、调零电位器和第四电阻组成，所述第一电阻与所述第二电阻串联后，与所述调零电位器并联，所述第六二极管和所述第四电容之间的引出端连接至所述第一电阻和第二电阻之间；所述第二电阻一端与所述第一电阻连接，另一端连接信号地；所述第一电阻一端与所述第二电阻连接，另一端连接第四电阻；所述第四电阻一端连接所述第一电阻，另一端连接变压器第二复边绕组负极和放大电路。

5.根据权利要求4所述的弹簧长度检测控制系统，其特征在于，还包括安装在机箱内部和外部温湿度检测器；机箱外部的温湿度检测器与所述嵌入式微控制器连接，或者通过多级处理电路与所述A/D转换电路连接，所述调理放大电路通过所述多级处理电路连接所述A/D转换电路；机箱内部的温湿度检测器与嵌入式控制器连接。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的弹簧长度检测控制系统，其特征在于，设有用于调零处理的粗调电位器和精调按键，所述粗调电位器和所述精调按键通过按键信号输入电路连接所述嵌入式微控制器。

7.根据权利要求3-5任意一项所述的弹簧长度检测控制系统，其特征在于，设有用于调整测量误差的手动数字化补偿按键，所述手动数字化补偿按键通过按键信号输入电路连接所述嵌入式微控制器。