CN210007678U - 一种高速织机经纱张力信号放大调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种高速织机经纱张力信号放大调理电路，该信号放大调理电路包括供电模块、输入端子、初级差动放大模块、调零模块、次级差动放大模块、RC有源滤波模块和输出端子，输出端子连接织机主控系统，输入端子连接张力传感器，输入端子的VI+、VI‑引脚为张力传感器输出的mv级差动信号，输入端子和输出端子的传输线缆屏蔽线接口连接在一起，供电模块为输入端子提供+12V电力；初级差动放大模块以张力传感器输出的mv级差动电压信号VI+和VI‑作为输入，所述调零模块基于反向比例放大电路，所述次级差动放大模块以初级差动放大模块输出的V1和调零模块输出的V2作为次级差动信号输入。该电路能实现精准调零且信噪比高和抗干扰能力强。

Description

一种高速织机经纱张力信号放大调理电路

技术领域

本实用新型涉及高速织机张力检测技术领域，具体涉及一种高速织机经纱张力信号放大调理电路。

背景技术

对于织机来说，张力控制是其织造过程中一个重要环节，张力的稳定与否直接影响织物的品质，而张力大小的准确测量是张力控制系统正常工作的前提。织机的经纱张力一般由梁式张力传感器进行检测，通过外部直流电源供电，输出为两路mv级差动电压信号，但该信号并不能直接送入织机主控制器如单片机或PLC的A/D转换模块中，且由于织机工作环境的影响，该信号易受各种噪声干扰而不稳定。因此，该信号须经过合理的放大及调理，转化为标准的0～5V或4～20mA电信号送入单片机或PLC的A/D转换模块中，而现有技术存在调零不准、信噪比低、抗干扰能力差等缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种高速织机经纱张力信号放大调理电路，该电路能实现精准调零且有较高的信噪比和抗干扰能力，具有较强的实用价值。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种高速织机经纱张力信号放大调理电路，该信号放大调理电路包括供电模块、输入端子、RC有源滤波模块和输出端子，供电模块由输出端子的DC24V和GND引脚供电，输出端子连接织机主控系统，输入端子连接张力传感器，其特征在于：

该电路还包括初级差动放大模块、调零模块、次级差动放大模块；输入端子的VI+、VI-引脚为张力传感器输出的mv级差动信号，输入端子和输出端子的传输线缆屏蔽线接口连接在一起，供电模块为输入端子提供+12V电力；

初级差动放大模块以张力传感器输出的mv级差动电压信号VI+和VI-作为输入，调零模块基于反向比例放大电路，次级差动放大模块以初级差动放大模块输出的V1和调零模块输出的V2作为次级差动信号输入，次级差动放大模块的输出电压为V3，RC有源滤波模块的输入端连接次级差动放大模块的输出，RC有源滤波模块的输出端通过输出端子连接织机主控系统的A/D转换模块；上述初级差动放大模块、次级差动放大模块、调零模块均分别采用供电模块提供的±12V双电源供电。

本实用新型的有益效果如下：

(1)采用两级差动放大电路，且芯片均采用仪用放大器CLC1200，该芯片本身具有低功耗、低输入噪声和低功耗等优点，差动信号两输入端采用对称化设计，具有很高的共模抑制能力；芯片本身的输入噪声会随信号一起被放大，两级差动设计将总共几百倍甚至上千倍的放大倍数分为两级(G1*G2)，次级差动放大电路可将初级放大电路放大的噪声通过调零消除，改善了单级放大中芯片本身的输入噪声信号被放大而无法消除的缺陷；

(2)具有独立的调零模块，能抵消张力传感器本身的固有误差；通过调节可变电阻RF1输出-1V～+1V调零电压，能够解决当传感器输出的差动电压信号为负时无法准确调零的缺陷，提高测量信号的准确性；各运放芯片供电引脚均连接了瓷片去耦电容，以此提升供电电压的稳定性和芯片本身的抗干扰能力；传感器输出的mv级差动信号经输入端子2进入运算放大器之前进行了低通滤波，放大后的信号在通过输出端子7输出之前也经过了RC有源滤波，此两次滤波可滤除高频噪声对信号的影响，提升信号的稳定性与可靠性；

(3)供电模块增加了整流二极管D1和瞬态抑制二极管D2，起到滤波和保护电路作用；另外，采用ICL7662输出-12V，与78L12输出的+12V构成对称的双电源为放大器供电，能提升运放动态范围及稳定性；

(4)综上，本实用新型调理电路经过两级放大，能将张力传感器器输出的两路mv级差动电压信号转化为标准的0～5V电压信号，能实现精准调零且有较高的信噪比和抗干扰能力，适用于精密信号调理过程的处理，信号检测精度为0.3kg。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构示意图；

图2为本实用新型的供电模块1的电路结构图；

图3为本实用新型的初级差动放大模块3的电路结构图；

图4为本实用新型的调零模块4的电路结构图；

图5为本实用新型的次级差动放大模块5的电路结构图；

图6为本实用新型的RC有源滤波模块6的电路结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请的保护范围。

本实用新型高速织机经纱张力信号放大调理电路，该信号放大调理电路包括供电模块1、输入端子2、初级差动放大模块3、调零模块4、次级差动放大模块5、RC有源滤波模块6和输出端子7；

上述输出端子7有四个引脚，分别为直流电源接口DC24V和GND、0～5V信号输出端口Vo和屏蔽线接口Shield signal；供电模块1由输出端子7的DC24V和GND供电，输出端子7的DC24V引脚连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极分别与瞬态抑制二极管D2的正极、电解电容C1的正极、瓷片电容C2的一个引脚以及三端稳压芯片U1的V_IN引脚相连，瞬态抑制二极管D2的负极、电解电容C1的负极、瓷片电容C2的另一个引脚以及三端稳压芯片U1的GND引脚都与GND相连，三端稳压芯片U1的V_OUT引脚输出+12V，并连接电解电容C3的正极和瓷片电容C4的一个引脚，电解电容C3的负极和瓷片电容C4的另一个引脚接GND；电压转化芯片U2的V+引脚连接上述的+12V，电压转化芯片U2的GND引脚连接GND，电压转化芯片U2的CAP+引脚和CAP-引脚对应连接电解电容C5的正极和负极，电压转化芯片U2的VOUT引脚输出-12V，并连接电解电容C6的负极和瓷片电容C7的一个引脚，电解电容C6的正极和瓷片电容C7的另一个引脚接GND；

所述输入端子2有五个引脚，分别连接输入屏蔽线接口Shield signal、+12V、GND和张力传感器输出的mv级差动信号VI+和VI-；

输入端子2连接张力传感器，有五个引脚，分别为+12V、GND、VI+、VI-和Shieldsignal，+12V和GND由供电模块1提供，用于给张力传感器供电，VI+和VI-为张力传感器输出的mv级差动信号，Shield signal为输入端传输线缆的屏蔽线接口；输出端子7连接织机主控系统，有四个引脚，分别为DC24V、GND、Vo和Shield signal，DC24V和GND由织机主控系统或外部直流电源提供，Vo则连接织机主控系统的A/D转换接口，这里Shield signal为输出端传输线缆的屏蔽线接口，与输入端的屏蔽线接口相连且最终接地，用于防止外部干扰对传输信号的影响。

所述初级差动放大模块3(参见图3)由仪表放大器U4及外围电路构成，具体为仪表放大器U4的两个RG引脚连接电阻R6的两端，IN1-引脚和IN1+引脚分别连接瓷片电容C14的两个引脚，且IN1-引脚连接电阻R12的一个引脚和瓷片电容C15的一个引脚，IN1+引脚连接电阻R11的一个引脚和瓷片电容C16的一个引脚，电阻R12的另一个引脚接输入端子2上的VI-引脚，电阻R11的另一个引脚接输入端子2上的VI+引脚，瓷片电容C15和瓷片电容C16的另一个引脚都接GND，仪表放大器U4的Vs+和Vs-引脚分别连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C12和瓷片电容C13连接GND，仪表放大器U4的REF引脚也接GND，仪表放大器U4的OUT引脚为初级差动放大的输出端，输出记为V1；

所述调零模块4(参见图4)由运算放大器U3A及外围电路构成，具体为运算放大器U3A的两个电源引脚连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C8和瓷片电容C9连接GND，同向输入端通过电阻R8连接GND，反向输入端依次串联电阻R4和电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，且运算放大器U3A的反向输入端还通过电阻R9与运算放大器U3A的输出引脚相连，电阻R4和电阻R1的中间连接处连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端依次串联可变电阻RF1和电阻R3，电阻R3的另一端接U3A的输出引脚，可变电阻RF1的中间抽头端输出调零电压，记为V2；

所述次级差动放大模块5(参见图5)由仪表放大器U5及外围电路构成，具体为仪表放大器U5的两个RG引脚中间串联电阻R5和可变电阻RF2且可变电阻RF2的中间抽头端与可变电阻RF2的另外两个引脚的其中一个引脚短接，此外，仪表放大器U5的IN1-引脚连接电阻R7的一个引脚，电阻R7的另一个引脚连接上述调零模块4输出的V2，仪表放大器U5的IN1+引脚连接电阻R10的一个引脚，R10的另一个引脚连接上述初级差动放大模块3输出的V1，仪表放大器U5的Vs+和Vs-引脚分别连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C10和瓷片电容C11连接GND，仪表放大器U5的REF引脚也接GND，仪表放大器U5的OUT引脚为次级差动放大的输出端，输出记为V3；

上述RC有源滤波模块6(参见图6)以上述V3为输入，依次串联电阻R13和电阻R14，电阻R14的另一端接运算放大器U3B的同向输入端，电阻R13和电阻R14的中间连接点连接瓷片电容C20的一个引脚，瓷片电容C20另一个引脚连接运算放大器U3B的输出引脚及电阻R5的一端，电阻R5的该端同时连接运算放大器U3B的输出引脚；运算放大器U3B的反向输入端通过瓷片电容C19接GND，R15的另一端为最后的信号输出端，并连接上述输出端子7的0～5V信号输出端口Vo。

上述瞬态抑制二极管D2具体型号为P6KE30CA，电压转化芯片U2的具体型号为ICL7662，仪表放大器U4和仪表放大器U5的具体型号均为CLC1200，运算放大器U3A和运算放大器U3B具体为两通道运算放大器LM358的A、B通道运算放大器；C1、C3为电解电容，规格为35V/330uF；C5、C6为钽电解电容，容值为10uF；C2、C4、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13均用于电源去耦且容值均为0.1uF；为达到更好的共模抑制效果，差动放大器(仪表放大器U4和仪表放大器U5)的正负输入端应保持对称，即应保持R11＝R12、R7＝R10、C15＝C16且两个电阻及两个电容的精度不低于±1％；为使调零模块4输出的V2能在-1V～+1V范围内可调，电阻R4、R8、R9的阻值均为4.7KΩ，R1、R2、R3的阻值均为10KΩ，RF1为精密型可调电阻且最大阻值为10KΩ；为了实现0～5V标准电压信号输出，以张力传感器的量程0-850Kg为例，R6阻值为2.2KΩ，R1阻值为1KΩ，可变电阻RF2为精密型可调电阻且最大阻值为10KΩ。

所述电源模块1由输出端子7连接的DC24V和GND供电，先通过整流二极管D1滤除交流成分，再连接电解电容C1和瓷片电容C2提高直流电压的稳定性和去除电源噪声，瞬态抑制二极管D2起保护电路的作用，三端稳压芯片U1为78L12可将输入的DC24V转化为直流的+12V，电解电容C1和C3规格为35V/330uF，在78L12输入、输出两端起稳压作用，瓷片电容C2和C4用于电源去耦；此外，电源转换芯片U2为ICL7662，可将输入的+12V转换为-12V输出，与+12V构成双电源为后续运算放大器供电，钽电容C5和C6容值为10uF，起稳压和滤波作用，瓷片电容C7用于输出电压去耦；

所述初级差动放大模块3以张力传感器输出的mv级差动电压信号VI+和VI-作为输入，且R11和C16、R12和C15构成两路低通滤波电路，滤除高频干扰信号，VI+和VI-经过低通滤波后进入仪表放大器U4，仪表放大器U4采用仪表放大器CLC1200且采用±12V双电源供电，为保持放大器的共模抑制能力应满足R12＝R11、C15＝C16且误差不低于±1％，为增加输入阻抗，取R11＝R12＝10KΩ，C12、C13用于电源去耦，C14用于滤除高频差模信号，R6为初级增益电阻，假设初级放大增益为G1，则输入与输出的关系为V1＝G1*[(VI+)-(VI-)]。

所述调零模块4基于反向比例放大电路，以±12V双电源为运算放大器U3A供电，R1一端接+12V，另一端电压经反向比例放大以后，输出与之数值相等方向相反的负压，当R1＝R2＝R3＝10KΩ，R4＝R8＝R9＝4.7KΩ，RF1最大阻值为10KΩ时，RF2抽头端输出电压V2可通过调节RF2来改变，其变化范围为-1V～+1V。

所述次级差动放大模块5以初级差动放大模块3输出的V1和调零模块4输出的V2作为次级差动信号输入，运算放大器U5采用仪表放大器CLC1200且为保持放大器的共模抑制能力采用±12V双电源供电，R7＝R10＝10KΩ且误差不低于±1％，C12、C13用于电源去耦，R1和RF2为次级增益电阻，假设次级放大增益为G2，则次级差动放大模块5的输出V3＝G2(V1-V2)，G2可通过改变精密可调电阻RF2的有效阻值来进行调节。由于传感器零负载时输出的mv级差动电压信号并不能保证绝对为零，(V+)-(V-)为负是可能存在的，即V1可能为负，因而若要精准调零，V2为负电压是必要的，以此说明本实用新型中调零模块4的必要性。最后，V3经过RC有源滤波模块6输出稳定的Vo，

所述RC有源滤波模块6(参见图6)，以LM358的B通道为核心，将上述次级差动放大模块5输出的电压V3进行有源滤波之后输出稳定的0～5V电压信号Vo通过输出端子7进入织机主控系统的A/D转换模块。

需说明的是，本实用新型适用于输出为差动信号且输出信号与所受张力成线性关系的传感器。此外，在连接张力传感器并投入使用之前须在空载状态通过调节RF1来进行调零，使V3输出为0V，之后RF1保持不变；再根据传感器量程和增加已知负载来设定增益，由于传感器的量程与输出电压范围之间为线性关系，当负载已知时，可通过改变RF2的有效阻值使Vo输出对应电压，Vo范围为0～5V。

本实用新型中所提到的高速织机是指高速剑杆织机、高速喷气织机和高速喷水织机等。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (6)

1.一种高速织机经纱张力信号放大调理电路，该信号放大调理电路包括供电模块、输入端子、RC有源滤波模块和输出端子，供电模块由输出端子的DC24V和GND引脚供电，输出端子连接织机主控系统，输入端子连接张力传感器，其特征在于：

该电路还包括初级差动放大模块、调零模块、次级差动放大模块；输入端子的VI+、VI-引脚为张力传感器输出的mv级差动信号，输入端子和输出端子的传输线缆屏蔽线接口连接在一起，供电模块为输入端子提供+12V电力；

初级差动放大模块以张力传感器输出的mv级差动电压信号VI+和VI-作为输入，调零模块基于反向比例放大电路，次级差动放大模块以初级差动放大模块输出的V1和调零模块输出的V2作为次级差动信号输入，次级差动放大模块的输出电压为V3，RC有源滤波模块的输入端连接次级差动放大模块的输出，RC有源滤波模块的输出端通过输出端子连接织机主控系统的A/D转换模块；上述初级差动放大模块、次级差动放大模块、调零模块均分别采用供电模块提供的±12V双电源供电。

2.根据权利要求1所述的高速织机经纱张力信号放大调理电路，其特征在于，所述供电模块的电路构成是：输出端子的DC24V引脚连接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极分别与瞬态抑制二极管D2的正极、电解电容C1的正极、瓷片电容C2的一个引脚以及三端稳压芯片U1的V_IN引脚相连，瞬态抑制二极管D2的负极、电解电容C1的负极、瓷片电容C2的另一个引脚以及三端稳压芯片U1的GND引脚都与GND相连，三端稳压芯片U1的V_OUT引脚输出+12V，并连接电解电容C3的正极和瓷片电容C4的一个引脚，电解电容C3的负极和瓷片电容C4的另一个引脚接GND；电压转化芯片U2的V+引脚连接上述的+12V，电压转化芯片U2的GND引脚连接GND，电压转化芯片U2的CAP+引脚和CAP-引脚对应连接电解电容C5的正极和负极，电压转化芯片U2的VOUT引脚输出-12V，并连接电解电容C6的负极和瓷片电容C7的一个引脚，电解电容C6的正极和瓷片电容C7的另一个引脚接GND。

3.根据权利要求1所述的高速织机经纱张力信号放大调理电路，其特征在于，所述初级差动放大模块由仪表放大器U4及外围电路构成，具体为仪表放大器U4的两个RG引脚连接电阻R6的两端，IN1-引脚和IN1+引脚分别连接瓷片电容C14的两个引脚，且IN1-引脚连接电阻R12的一个引脚和瓷片电容C15的一个引脚，IN1+引脚连接电阻R11的一个引脚和瓷片电容C16的一个引脚，电阻R12的另一个引脚接输入端子上的VI-引脚，电阻R11的另一个引脚接输入端子上的VI+引脚，瓷片电容C15和瓷片电容C16的另一个引脚都接GND，仪表放大器U4的Vs+和Vs-引脚分别连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C12和瓷片电容C13连接GND，仪表放大器U4的REF引脚也接GND，仪表放大器U4的OUT引脚为初级差动放大的输出端，输出记为V1。

4.根据权利要求1所述的高速织机经纱张力信号放大调理电路，其特征在于，所述调零模块由运算放大器U3A及外围电路构成，具体为运算放大器U3A的两个电源引脚连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C8和瓷片电容C9连接GND，同向输入端通过电阻R8连接GND，反向输入端依次串联电阻R4和电阻R1，电阻R1的另一端接+12V，且运算放大器U3A的反向输入端还通过电阻R9与运算放大器U3A的输出引脚相连，电阻R4和电阻R1的中间连接处连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端依次串联可变电阻RF1和电阻R3，电阻R3的另一端接运算放大器U3A的输出引脚，可变电阻RF1的中间抽头端输出调零电压，记为V2。

5.根据权利要求1所述的高速织机经纱张力信号放大调理电路，其特征在于，所述次级差动放大模块由仪表放大器U5及外围电路构成，具体为仪表放大器U5的两个RG引脚中间串联电阻R5和可变电阻RF2且可变电阻RF2的中间抽头端与可变电阻RF2的另外两个引脚的其中一个引脚短接；仪表放大器U5的IN1-引脚连接电阻R7的一个引脚，电阻R7的另一个引脚连接上述调零模块输出的V2，仪表放大器U5的IN1+引脚连接电阻R10的一个引脚，R10的另一个引脚连接上述初级差动放大模块输出的V1，仪表放大器U5的Vs+和Vs-引脚分别连接+12V和-12V且分别通过瓷片电容C10和瓷片电容C11连接GND，仪表放大器U5的REF引脚也接GND，仪表放大器U5的OUT引脚为次级差动放大的输出端，输出记为V3。

6.根据权利要求1所述的高速织机经纱张力信号放大调理电路，其特征在于，上述RC有源滤波模块以上述V3为输入，依次串联电阻R13和电阻R14，电阻R14的另一端接运算放大器U3B的同向输入端，电阻R13和电阻R14的中间连接点连接瓷片电容C20的一个引脚，瓷片电容C20另一个引脚连接运算放大器U3B的输出引脚及电阻R5的一端，电阻R5的该端同时连接运算放大器U3B的输出引脚；运算放大器U3B的反向输入端通过瓷片电容C19接GND，R15的另一端为最后的信号输出端，并连接上述输出端子的0～5V信号输出端口Vo。

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