CN210374972U

CN210374972U - 一种基于激励信号的微变位移精密测量电路

Info

Publication number: CN210374972U
Application number: CN201921405818.6U
Authority: CN
Inventors: 杨思远
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-08-28

Abstract

一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，按信号传输顺序依次包括以下模块：一、正弦波产生电路；二、差动式感应线圈，将磁芯的位移转换成电信号；三、高共模抑制比差动放大器，将次级感应线圈的小信号放大并抑制共模信号；四、正相放大和反相放大电路，将前级的放大信号再次放大；五、双端输入转单端输出；六、精密全波整流，将信号整流成直流电压信号，该信号正比于感应线圈中的磁棒位移量；七、二阶低通滤波，将脉动直流信号变成平滑的直流电压，同时滤除高频信号，只保留测量的低频直流信号；八、A/D采样及CPU处理和显示。本实用采用激励信号驱动，不受电磁干扰，大大提高测量信号的抗干扰能力。

Description

一种基于激励信号的微变位移精密测量电路

技术领域

本实用属于测量控制、自动控制、闭环控制系统的一个分支，主要是解决微小位移的高精度测量,具体为一种基于激励信号的微变位移精密测量电路。

背景技术

传统的位移测量存在磨损、精度低、测量响应慢，特别是采用滑动变阻的由于存在触点，会造成测量数据不稳定，且受外界振动影响。

实用新型内容

为了使实际生活中精密设备的微小位移的高精度测量，实现不受外界信号干扰的目的，本实用提供一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，按信号传输顺序依次包括以下电路：一、正弦波产生电路,产生稳定可靠的100K正弦波激励信号；二、差动式感应线圈，将磁芯的位移转换成电信号；三、高共模抑制比差动放大电路，将次级感应线圈的小信号放大并抑制共模信号，提高信噪比；四、正相放大和反相放大电路，将前级的放大信号再次放大，以提高测量分辨率；五、双端输入转单端输出；六、精密全波整流，将信号整流成直流电压信号，该信号正比于感应线圈中的磁棒位移量；七、二阶低通滤波，将脉动直流信号变成平滑的直流电压，同时滤除高频信号，只保留测量的低频直流信号；八、A/D采样及CPU处理和显示，对直流电压信号进行模数转换由CPU读取后送LCD12864液晶显示。

该基于激励信号的微变位移精密测量方法包括以下步骤：

第一步：由正弦产生电路产生100K左右的激励振荡信号，此信号频率太低会易受干扰，频率太高会激励效果不好，在100K-200K之间为最佳；

第二步：由第一步产生正弦信号输入到差动式感应线圈的初级，次级两组线圈接成同名端相连的差动方式，这样当线圈内的磁芯轴向移动时就在次级线圈产生感应电动势，该电动势正比于磁芯的位移量；

第三步：由第二步产生的信号送到高共模抑制比放大电路，本电路输入采用两组电压跟随器方式，具有很高的输入阻抗，经差动放大，一方面将小信号放大，另一方面由于是差动方式，可以很好的抑制共模信号，大大提高信噪比；

第四步：由第三步产生的一次放大信号经过正反相放大电路后输出更大幅度的信号电压，前级信号在本级中分两路：一路送正向放大，另一路送反相放大，最后输出经放大的差分信号；

第五步：由第四步产生的双端输出信号转换成单端输出；

第六步：由第五步输出的单端信号经精密全波整流电路后，转换成脉动的直流电压信号，本级电路将零轴下的波形全部倒相到零轴以上，供后级再处理,可以减少信号的脉动，使输出更平滑；

第七步：由第六步产的信号经二阶低通滤波后，将高频信号去除，只保留与测量信号相关的低频信号，并将低频信号滤波成平滑的直流电平,使后级模数转换的数据更平稳；

第八步：由第七步产生的直流电压信号经CPU内部的12位A/D模数转换电路，输出被测信号的电压值，最后由CPU送LCD12864作测量显示。

本实用采用激励信号驱动，不受电磁干扰，大大提高测量信号的抗干扰能力，且信噪比大，响应速度快，测量精度高，受外界信号干扰小，线性度好，使用寿命长，环境适应性强。

附图说明

图1为本实用整体电路原理图。

图2为本实用工作流程图。

图3为本实用正弦波产生电路原理图。

图4为本实用的机械部份安装示意图。

图5为本实用差动式感应线圈及位移连接部份的示意图。

图6为本实用共模抑制比差动放大电路原理图。

图7为本实用正反相放大电路原理图。

图8为本实用双端差分信号转单端电路原理图。

图9为本实用精密全波整流电路原理图。

图10为本实用二阶低通滤波电路原理图。

图11为本实用A/D采样电路原理图。

图12为本实用CPU与输入输出显示处理电路原理图。

图中，1.绝缘连接杆，2.磁筒，3.感应线圈骨架，4.次级感应线圈一，5.激励初级线圈，6. 次级感应线圈二，7.磁芯，8.安装外接螺纹，9.安装内接螺纹，12. 正弦波产生电路，13. 差动式感应线圈，14. 高共模抑制比差分放大电路，15. 正反相放大电路，16. 双端差分转单端电路，17. 精密全波整流电路，18. 二阶低通滤波电路，19. A/D采样电路，20. 输入输出显示处理电路。

具体实施方式

下面结合附图就本实用的实施方式作详细说明。

如图1和2所示，一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，按信号传输顺序依次包括以下电路：一、正弦波产生电路,产生稳定可靠的100K正弦波激励信号；二、差动式感应线圈，将磁芯的位移转换成电信号；三、高共模抑制比差动放大电路，将次级感应线圈的小信号放大并抑制共模信号，提高信噪比；四、正相放大和反相放大电路，将前级的放大信号再次放大，以提高测量分辨率；五、双端输入转单端输出；六、精密全波整流，将信号整流成直流电压信号，该信号正比于感应线圈中的磁棒位移量；七、二阶低通滤波，将脉动直流信号变成平滑的直流电压，同时滤除高频信号，只保留测量的低频直流信号；八、A/D采样及CPU处理和显示，对直流电压信号进行模数转换由CPU读取后送LCD12864液晶显示。

如图3所示，正弦波产生电路12主要由电阻、电容、二极管、运算放大器组成，该电路产生100K-200K的激励振荡信号A1输出到差动感应线圈的初级激励绕组。

如图4和5所示，差动式感应线圈13主要由激励初级线圈5、次级感应线圈一4、次级感应线圈二6、感应线圈骨架3、磁芯7、绝缘连接杆1、磁筒2组成。磁芯7活动安装在磁筒2的空腔内，磁筒2内壁中部设有激励初级线圈5，激励初级线圈5两侧分别设次级感应线圈一4、次级感应线圈二6。次级感应线圈一4、次级感应线圈二6的同名端相连。磁芯7上固定连接绝缘连杆1，绝缘连杆1右端设有安装外接螺纹8、安装内接螺纹9。差动式感应线圈13的初级激励振荡信号输入，当移动感应线圈中的磁芯7时，在次级绕组就产生感应电信号，由于次级两个绕组接成同名端相连，所以当磁芯7移动时，次级线圈中输出的电压正比于磁芯位移量。绝缘连接杆1通过安装外接螺纹8、安装内接螺纹9与外部位移装置机械连接，连接丝杠或曲轴等。

如图6所示，高共模抑制比差分放大电路14主要由电阻、运算放大器组成。输入信号为两个次级线圈的感应电压，本电路的输入信号通两组电压跟随器，所以具有很高的输入阻抗，对前级的影响很小，信号通过本级的差动放大后输出，由于是差动放大方式，对输入的共模信号具有很高的抑制作用。

如图7所示，正反相放大电路15主要由电阻、运算放大器组成。它将前级的放大信号分成两路，一路进正相放大电路，另一路进反相放大电路，分别放大后输出差动信号，进一步提高信号的放大倍数，以获得更大的电压信号，提高测量精度。

如图8所示，双端差分转单端电路16主要由电阻、运算放大器组成。正反相放大电路15的信号通过本变换电路转换成单端输出，以满足后级整流电路的信号极性要求。图中R3=R4，R5=R6，R7、R8、RP为共模补偿电路。

如图9所示，精密全波整流电路17主要由电阻、运算放大器、精密二极管组成。它将双端差分转单端电路16单端输出的交流信号变换成脉动的直流信号，通过全波整流可以获得更平滑的直流电压，同时提高信号的有效幅度。

如图10所示，二阶低通滤波电路18主要由电阻、电容、运算放大器组成。它将精密全波整流电路17的信号去除高频信号后只保留与被测信号有关的低频信号，并使输出信号电压更平滑，更平稳。

如图11和12所示，A/D采样电路19与输入输出显示处理电路20主要由32位的单片机、LCD液晶显示器、键盘、晶振、电阻、电容等组成。经过单片机内部的12位A/D转换采集数据后，由CPU数字滤波等处理后在LCD液晶上显示，还可根据测量结果进行闭环反馈控制，比如驱动电机等级执行机构，从而实现测量控制应用。

尽管上面结合本实用进行描述，但本实用并不局限于上述的具体实现方式，上述方式只是示意性的，而不是限制性，通过本实用的演化还可以延伸出不同的相同原理的实现方式，做出很多变形的实现方式。

Claims

1.一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，其特征在于：按信号传输顺序依次包括以下电路：一、正弦波产生电路,产生稳定可靠的100K正弦波激励振荡信号；二、差动式感应线圈，将磁芯的位移转换成电信号；三、高共模抑制比差动放大器，将次级感应线圈的小信号放大并抑制共模信号，提高信噪比；四、正相放大和反相放大电路，将前级的放大信号再次放大，以提高测量分辨率；五、双端输入转单端输出；六、精密全波整流电路，将信号整流成直流电压信号，该信号正比于感应线圈中的磁棒位移量；七、二阶低通滤波，将脉动直流信号变成平滑的直流电压，同时滤除高频信号，只保留测量的低频直流信号；八、A/D采样及CPU处理和显示，对直流电压信号进行模数转换由CPU读取后送出显示。

2.按照权利要求1所述的一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，其特征在于：所述激励振荡信号在100K-200K之间。

3.按照权利要求1所述的一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，其特征在于：所述共模抑制比放大电路的输入采用两组电压跟随器方式放大信号。

4.按照权利要求1所述的一种基于激励信号的微变位移精密测量电路，其特征在于：所述精密全波整流电路将零轴下的波形全部倒相到零轴以上。