CN211046874U - 一种电磁感应cpc系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁感应CPC系统，包括检测单元及信号处理单元，所述检测单元由两组传感器组成，所述信号处理单元包括电源模块、驱动电路、接收电路以及信号处理电路，所述信号处理电路由IC模块和电容、电阻、电感、插接件组成，新设计的IC模块及电路具有完善的电路功能，只要增加很少的外接无源元件来确定频率和增益，使得整个系统的设计难度得以减小，并且线圈的激励信号的频率和幅度可调，输出增益和偏置可调；其次，IC模块采用比率译码方案，即通过计算发送端信号与接收端信号比率来确定检测带材移动的位置和方向，无需定量，这样即保证了测试精度，又可简略了电路难度。

Description

一种电磁感应CPC系统

技术领域

本实用新型涉及板带纠偏技术领域，是一种电磁感应CPC系统。

背景技术

随着金属板带加工要求越来越多，产品品质要求越来越高，在钢铁和有色金属工业板带生产或后期处理生产线中，由于生产机组很长，张力波动等原因，造成带材跑偏，进而褶带和断带，影响正常生产和加工。电磁感应CPC(Center Position Control)设计主要应用于钢铁和有色金属工业板、带材的生产线，通过带材边缘位置检测，可以实时确认带材位置，将板带材控制在与机组中心线一致位置，保证正常生产。因此电磁感应检测是板带材生产线中不可或缺的单元。电磁感应式CPC(Center Position Control)采用了封闭式铝合金框架结构，这种结构不受外界环境影响，如光线、磁场或油雾、灰尘。

在带钢对中检测与控制的研究始于上世纪50年代，国外技术已经成熟，已有专门产品。到目前为止，国内对此研究起步较晚，目前占据市场较小，且技术成熟度仍然不高。随着加工工业的发展，金属带材的需求量越来越大，也对金属带材品质和效率提出了更高的要求；而对于金属板带材生产过程中，CPC (Center Position Control)系统应运而生，更好的保证生产过程稳定、可靠、成品率高、加工成本最低等优点。

CPC系统是根据不同的检测方式，通过控制模块来调整机械单元的运行，使它符合生产过程中的技术要求。CPC系统可对各种带材进行纠偏工作，帮助生产线有效而且高效的运转，因而在很多行业中有着广泛的运用。CPC系统按照检测方式不同，大体分为电磁感应式、电容感应式、光电感应式、CCD摄像式等。

在实际应用中，各种形式的CPC都有它的优缺点。电容感应式CPC，仅适用于金属等带材生产，由于生产环境恶劣，传感器易受现场静电环境和金属粉末、雾气等因素影响，使产品性能、稳定性降低。光电感应式CPC，适用于非透明带材生产，成本低，容易使用，但当检测部分常期暴露外部，容易受到外部粉尘影响，降低检测精度。CCD摄像式CPC适用于非透明带材生产，传感器易受外界强光的影响，当太阳光或其它照明光光线较强时，会使检测信号产生混乱。电磁感应式CPC可适用于恶劣环境中，不受传感器上堆积污染和粉尘的影响，不受静电场干扰的影响；不受化学和带钢轧制处理所产生的水、蒸汽等的影响，可以应用于导磁性带钢生产线中的任一需要纠偏的位置，而且一旦安装调试后不需要人工维护，使用寿命很长。

在同类产品中，有些设计主要是应用单片机、ARM等元器件，这样虽能保证输出信号的精度，但产品的成本及开发难度会有所提高，如用模拟电路来实现此产品功能，会有多级放大、整形处理，这样会降低产品检测精度，增加调试难度。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种电磁感应CPC系统，既保证了测试精度，又可简略了电路难度。

本实用新型提出的一种电磁感应CPC系统，包括检测单元、信号处理单元，所述检测单元由两组传感器组成，所述信号处理单元包括电源模块、驱动电路、接收电路以及信号处理电路，所述信号处理电路由IC模块和电容、电阻、电感、插接件组成，所述IC模块的+VS端口通过电感4L与+15V电源连接，-VS端口与-15V电源连接；电容C41与电容C30并联，电容C41的正极端与-15V电源连接，电容C41的负极端接地，电容C30一端与-15V电源连接，另一端接地； FREQ1端口通过电容C11与FREQ2端口连接；BFILT1端口通过电容C8与 BFILT2端口连接；LEV2端口通过电阻R12与LEV1端口连接；-BIN端口通过电阻R10与插接件JP2连接，-BIN端口通过电阻R8接地，+BIN端口通过电阻 R27与插接件JP1连接，+BIN端口通过电阻R7接地，-BIN与+BIN之间设有电阻R28；-AIN端口通过电阻R6接地；+ACOMP端口通过电阻RC2与插接件JP1 连接，-ACOMP端口通过电阻RC1与插接件JP2连接；可变电阻1RV、电阻CN1 和电容C5连接组成第一并联电路，+ACOMP端口与-ACOMP端口通过该第一并联电路连接，可变电阻1RV的抽头与-ACOMP端口连接，-ACOMP端口通过电阻CN2接地；AFILT1端口通过电容C7与AFILT2端口连接；FEEDBACK端口通过电容C13与OUTFILT端口连接，FEEDBACK端口通过电容C15连接 VOUT1端子，FEEDBACK端口通过电阻R4连接电抗2RV的一端，SIGOUT 端口分别与电抗2RV的另一端、中间抽头以及VOUT1接头连接，SIGOUT端口通过电容C1接地；SIGREF端口接地连接；电容C29与极性电容C44连接组成第二并联电路，该第二并联电路两端分别连接+15V电源和接地。

进一步地，所述IC模块的EXC1端口、EXC2端口分别与电阻R14电连接。

进一步地，所述IC模块的+AIN端口、-AIN端口分别与+AIN端子、-AIN 端子电连接。

进一步地，所述插接件JP1与EXC2端子、OUT2端子连接，所述插接件JP2 与EXC1端子、OUT1端子连接。

进一步地，所述检测单元的传感器和信号处理单元电连接，所述信号处理单元与外部单元的控制系统电连接，外部单元由控制系统与执行系统组成，控制系统与执行系统电连接。

进一步地，所述信号处理电路为单片式线性位移差分变压器的信号调理电路。

本实用新型提供的一种电磁感应CPC系统的优点在于：本实用新型的核心为信号处理单元的IC模块及电路的应用，新设计的IC模块及电路具有完善的电路功能，只要增加很少的外接无源元件来确定频率和增益，使得整个系统的设计难度得以减小，并且线圈的激励信号的频率和幅度可调，输出增益和偏置可调；其次，IC模块采用比率译码方案，即通过发送端信号与接收端信号比率来确定带材偏移的位置和方向，无需定量，这样即保证了测试精度，又可简略了电路难度。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种电磁感应CPC系统的信号处理电路图；

图2为本实用新型提出的一种电磁感应CPC系统的传感器安装结构图；

图3为本实用新型提出的一种电磁感应CPC系统的工作流程框图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。

参照图1，本实用新型提出的一种电磁感应CPC系统，包括检测单元10、信号处理单元20，所述检测单元10由两组传感器组成，所述信号处理单元20 包括电源模块、驱动电路、接收电路以及信号处理电路，所述信号处理电路由 IC模块50和电容、电阻、电感、插接件组成，所述IC模块50的+VS端口通过电感4L与+15V电源连接，-VS端口与-15V电源连接；电容C41与电容C30并联，电容C41的正极端与-15V电源连接，电容C41的负极端接地，电容C30 一端与+15V电源连接，另一端接地；FREQ1端口通过电容C11与FREQ2端口连接；BFILT1端口通过电容C8与BFILT2端口连接；LEV2端口通过电阻R12 与LEV1端口连接；-BIN端口通过电阻R10与插接件JP2连接，-BIN端口通过电阻R8接地，+BIN端口通过电阻R27与插接件JP1连接，+BIN端口通过电阻 R7接地，-BIN与+BIN之间设有电阻R28；-AIN端口通过电阻R6接地；+ACOMP 端口通过电阻RC2与插接件JP1连接，-ACOMP端口通过电阻RC1与插接件JP2 连接；可变电阻1RV、电阻CN1和电容C5连接组成第一并联电路，+ACOMP 端口与-ACOMP端口通过该第一并联电路连接，可变电阻1RV的抽头与 -ACOMP端口连接，-ACOMP端口通过电阻CN2接地；AFILT1端口通过电容 C7与AFILT2端口连接；FEEDBACK端口通过电容C13与OUTFILT端口连接， FEEDBACK端口通过电容C15连接VOUT1端子，FEEDBACK端口通过电阻 R4连接电抗2RV的一端，SIGOUT端口分别与电抗2RV的另一端、中间抽头以及VOUT1接头连接，SIGOUT端口通过电容C1接地；SIGREF端口接地连接；电容C29与极性电容C44连接组成第二并联电路，该第二并联电路两端分别连接+15V电源和接地；所述IC模块50的EXC1端口、EXC2端口分别与电阻R14电连接；所述IC模块50的+AIN端口、-AIN端口分别与+AIN端子、-AIN 端子电连接；所述插接件JP1与EXC2端子、OUT2端子连接，所述插接件JP2 与EXC1端子、OUT1端子连接。

参考图2，电磁感应CPC系统的检测单元10由两组传感器组成，两组传感器对称放置于电磁感应CPC系统的支架内；在现场安装时，CPC系统的支架对称于生产线中心位置安装，每一组传感器测量带钢3的一个边部，一个传感器作为发送端1，另一个传感器作为接收端2，发送端1和接收端2由电磁线圈组成，当带钢3通过此感应线圈时会切割磁力线产生磁感应电势，如果这两组传感器产生的电势相等，则带钢3处于生产线的中心位置；如果带钢3偏离生产线中心，则产生的感应电势不等，将所检测值传送给后期信号处理单元20进行处理和放大，用以驱动控制系统30和执行系统40进行位置调整。

参考图3，电磁感应CPC系统中的线性检测单元检测移动中的带钢3是否发生偏移，当移动中的带钢3发生偏移，则会采集偏移量信息，采集的偏移量信息经过信号处理电路进行信号处理，处理后再发出一个成比例的信号至控制系统30，控制系统30再控制执行系统40对带钢3位置进行纠正。

系统方案：

信号处理电路中的IC模块50选用AD698芯片，该芯片是单片式线性位移差分变压器(LVDT)信号调理系统；电磁感应CPC中的检测单元10与IC模块配合，完美的组成了此IC模块的应用系统；能够高精确和高再现性地将电磁感应CPC系统的机械位移转换成单极性或双极性的直流电压，该IC模块50具有所有必不可少的电路功能，只要增加几个外接无源元件来确定磁频率和增益，就能把检测带材移动距离，按比例地转换成直流信号。

该IC模块50含有内部晶振和参考电源，只需附加极少量的外围元件便可实现位置的机械变量到直流电压的转换，并且无需校准，其输出正比于检测带材的位移变化。

该IC模块50的输入电压、输出电压及频率范围很宽，驱动检测单元10发送端的激磁信号频率为20Hz～20KHz，取决于IC模块50的外接电容，IC模块的输出电压有效值达24V，能够直接驱动检测单元10的发送线圈，检测单元10 的接收端输出电压有效值可低于100mV。振荡器的幅值随温度变化不会影响电路的整体性能，IC模块50采用比率译码方案，即通过计算检测单元10的接收信号与发送信号的比率来确定带材的移动位置和方向，无需整定。

工作原理：

IC模块50内置的低失真正弦波振荡器通过EXC1端口、EXC2端口、LM1875T功率放大器驱动发送线圈，组成了整体LVDT的初级线圈；接收线圈的差分信号经TL081运算放大器后，组成LVDT的次级线圈；IC模块50内部的两个同步解调通道用于检测初级和次级幅度，这样可以消除初级驱动的幅度漂移所导致的比例系数误差，改善温度性能和稳定性；IC模块50的激励正弦波的频率和幅值由电容C11和电阻R12决定，输出频率在20Hz～20KHz可调，输出有效值在2～24V可调。

IC模块50的输入包括两个独立的同步解调通道A和B，B通道用来监测驱动发送线圈的激励信号，A通道的作用与B通道相同，A通道的比较器引脚是单独引出来的，因为在整个检测单元10处于零位的时候，A通道可能达到0V，所以A通道解调器通常由初级电压(B通道)触发；另外，还通过一个相位补偿网络给A通道增加一个相位超前或滞后量，以此来补偿LVDT初级对次级的相位偏移；由电阻RC1、电阻RC2、可变电阻1RV、电容C5、电阻CN1、电阻CN2组成的电路部分，该电路部分为提供LVDT的初级信号与次级信号相位比较控制部分，当输出信号相位有偏差时，可调节可变电阻1RV来实现功能需求。

上述发送线圈是以LM1875T为核心器件，LM1875T是单片功率放大器，提供非常低的失真和高品质的性能，该LM1875T提供20W的功率，在负载4 欧姆或8欧姆负载，电源电压±25V条件下，用一个8欧姆的负载和±30V的电源，可提供超过30W的功率，这款放大器在设计时只需要很少的外围元件，并且含有防止过载装置，具有电流过载限制和过热自动关闭的功能。

上述接收线圈是以TL081运算放大器为核心器件，TL081运算放大器带有反相和非反向差分输入引脚和单个输出，输入使用结型场效应晶体管(JFET) 来确保输入阻抗和极低偏置电流，此处运用TL081将线圈接收到的差分信号进行转换，为后续信号处理做准备。

综上所述，本实用新型的核心为信号处理单元的IC模块50及电路的应用，新设计的IC模块50及电路具有完善的电路功能，只要增加很少的外接无源元件来确定频率和增益，使得整个系统的设计难度得以减小，并且线圈的激励信号的频率和幅度可调，输出增益和偏置可调；其次，IC模块50采用比率译码方案，即通过发送端信号与接收端信号比率来确定带材偏移的位置和方向，无需定量，这样即保证了测试精度，又可简略了电路难度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电磁感应CPC系统，包括检测单元(10)、信号处理单元(20)、所述检测单元(10)由两组传感器组成，所述信号处理单元(20)包括电源模块、驱动电路、接收电路以及信号处理电路，其特征在于：所述信号处理电路由IC模块(50)和电容、电阻、电感、插接件组成，所述IC模块的+VS端口通过电感(4L)与+15V电源连接，-VS端口与-15V电源连接；电容C41与电容C30并联，电容C41的正极端与-15V电源连接，电容C41的负极端接地，电容C30一端与-15V电源连接，另一端接地；FREQ1端口通过电容C11与FREQ2端口连接；BFILT1端口通过电容C8与BFILT2端口连接；LEV2端口通过电阻R12与LEV1端口连接；-BIN端口通过电阻R10与插接件JP2连接，-BIN端口通过电阻R8接地，+BIN端口通过电阻R27与插接件JP1连接，+BIN端口通过电阻R7接地，-BIN与+BIN之间设有电阻R28；-AIN端口通过电阻R6接地；+ACOMP端口通过电阻RC2与插接件JP1连接，-ACOMP端口通过电阻RC1与插接件JP2连接；可变电阻1RV、电阻CN1和电容C5连接组成第一并联电路，+ACOMP端口与-ACOMP端口通过该第一并联电路连接，可变电阻1RV的抽头与-ACOMP端口连接，-ACOMP端口通过电阻CN2接地；AFILT1端口通过电容C7与AFILT2端口连接；FEEDBACK端口通过电容C13与OUTFILT端口连接，FEEDBACK端口通过电容C15连接VOUT1端子，FEEDBACK端口通过电阻R4连接电抗2RV的一端，SIGOUT端口分别与电抗2RV的另一端、中间抽头以及VOUT1端子连接，SIGOUT端口通过电容C1接地；SIGREF端口接地连接；电容C29与极性电容C44连接组成第二并联电路，该第二并联电路两端分别连接+15V电源和接地。

2.根据权利要求1所述的一种电磁感应CPC系统，其特征在于，所述IC模块的EXC1端口、EXC2端口分别与电阻R14电连接。

3.根据权利要求1所述的一种电磁感应CPC系统，其特征在于，所述IC模块的+AIN端口、-AIN端口分别与+AIN端子、-AIN端子电连接。

4.根据权利要求1所述的一种电磁感应CPC系统，其特征在于，所述插接件JP1与EXC2端子、OUT2端子连接，所述插接件JP2与EXC1端子、OUT1端子连接。

5.根据权利要求1所述的一种电磁感应CPC系统，其特征在于，所述检测单元(10)的传感器和信号处理单元(20)电连接，所述信号处理单元(20)与外部单元的控制系统(30)电连接，外部单元由控制系统(30)与执行系统(40)组成，控制系统(30)与执行系统(40)电连接。

6.根据权利要求1所述的电磁感应CPC系统，其特征在于，所述信号处理电路为电磁线性位移差分信号调理电路。

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