CN211291323U - 一种电涡流传感器信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电涡流传感器信号调理电路，包括有顺次连接的高频振荡电路、检波电路和V/I转换电路。本实用新型由电涡流传感器和待测的导电导磁的金属形成线圈导体系统，系统电源采用工业上常用的直流24V电源，通过稳压后为电涡流传感器和信号调理电路供电，由三点式电容振荡电路提供高频载波信号，经过解调和滤波后得到与检测位移成线性的电压信号，再通过V/I转换电路将之转换为标准的4‑20mA工业变送信号，该输出的电流变送信号和检测的位移成单值线性对应关系，可用于20mm以内的导电导磁的金属导体小位移检测。

Description

一种电涡流传感器信号调理电路

技术领域

本实用新型涉及电涡流传感器技术领域，具体是一种电涡流传感器信号调理电路。

背景技术

电涡流传感器是利用涡流效应而制成的传感器，可以和被测导体形成线圈导体系统，系统的等效阻抗是涡流线圈与导体的距离、导体的磁导率、电导率等参量的函数，当只改变一个参量而其他参量不变时，系统的等效阻抗与该变化的参量成单值函数关系，通过相应的信号调理电路可以检测位移、工件表面形状及导体的材质及缺陷等。由于涡流传感器具有结构简单、体积小、非接触式检测、动态特性良好等特点，目前被广泛应用于小位移非接触式检测、工件表面及内部探伤等应用领域。

涡流传感器一般和待测的金属导体组成线圈导体系统，涡流传感器的结构非常简单，一般在绝缘性好的材料上绕制扁平状线圈即可，但涡流传感器的总体特性和其信号调理电路密切相关，其信号调理电路本质上是调制和解调，根据实际的应用情况，一般采用高频反射式和低频透射式两种方式，对于位移检测一般采用高频透射式，对于物体内部探伤或者厚度检测，一般采用低频透射式。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电涡流传感器信号调理电路，属于高频反射式，用于20mm以内的导电导磁的金属导体小位移检测；本实用新型将经过解调后的信号变换为标准的电流变送信号，该输出的电流变送信号和检测的位移成单值线性对应关系。

本实用新型的技术方案为：

一种电涡流传感器信号调理电路，包括有顺次连接的高频振荡电路、检波电路和V/I转换电路；

所述的高频振荡电路包括有NPN型三极管Q1、电容C7、电容C8和电容C9组成的三点式电容振荡电路，运算放大器U2A，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R22，高频扼流线圈L1和电位器R19；所述的电阻R4的一端、电阻R5的一端均与运算放大器U2A的同相输入端连接，所述的电阻R5的一端、电阻R22的一端均与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R5的另一端、电容C8的一端均与NPN型三极管Q1的基极连接，运算放大器U2A的反相输入端、NPN型三极管Q1的发射极、高频扼流线圈L1的一端、电容C9的一端均通过电容C7与电源正极连接，所述的高频扼流线圈L1的另一端与电位器R19的其中一固定端连接，电涡流传感器的线圈P1的一端与电容C9的另一端连接，所述的NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与检波电路的输入端连接，电阻R4的另一端、电容C8的一端、电涡流传感器的线圈P1的另一端均与电源正极连接，电阻R6的另一端、电阻R22的另一端、以及电位器R19的另一固定端和可调端均接地；

所述的检波电路包括有高频开关二极管D2和电容滤波器C3，NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与高频开关二极管D2的正极连接，高频开关二极管D2的负极和电容滤波器C3的一端相互连接作为检波电路的输出端，电容滤波器C3的另一端连接电源正极；

所述的V/I转换电路包括有运算放大器U2B、运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R16、电位器R20、电阻R11、电阻R12、电阻R17、电阻R18、采样电阻R13和可变采样电阻R21，所述的电阻R14的一端与检波电路的输出端连接，电阻R14的另一端、电阻R16的一端均与运算放大器U3B的同相输入端连接，电阻R16的另一端接地，电阻R8的一端、电阻R12的一端均与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R8的另一端、电阻R7的一端均与运算放大器U3B的反相输入端连接，所述的电阻R7的另一端与电位器R20的可调端连接，电位器R20的其中一固定端通过电阻R10与电源正极连接，电位器R20的另一固定端通过电阻R9接地，电阻R12的另一端、电阻R11的一端均与运算放大器U3A的同相输入端连接，运算放大器U2B的反相输入端和输出端均与电阻R11的另一端连接，电阻R17的一端、电阻R18的一端均与运算放大器U3A的反相输入端连接，电阻R17的一端、采样电阻R13的一端均与运算放大器U3A的输出端连接，电阻R18的另一端接地，采样电阻R13的另一端与可变采样电阻R21的其中一固定端连接，运算放大器U2B的同相输入端、可变采样电阻R21的另一固定端和可变采样电阻R21的可调端相互连接作为V/I转换电路的输出端。

所述的电源正极为12V直流稳压电源，所述的电涡流传感器的供电电源为24V直流电源，所述的24V直流电源通过电源转换电路转换成12V直流稳压电源，所述的电源转换电路包括有自恢复保险丝F1、二极管D1、双向瞬态抑制二极管D4、电容C2、线性降压可调稳压电源U1、电阻R2、电阻R3和电解电容C1，自恢复保险丝F1的一端连接24V直流电源，二极管D1的正极、双向瞬态抑制二极管D4的一端均与自恢复保险丝F1的另一端连接，二极管D1的负极、电容C2的一端均与线性降压可调稳压电源U1的输入端连接，电阻R2的一端、电阻R3的一端均与线性降压可调稳压电源U1的接地端连接，电阻R3的另一端和电解电容C1的正极相互连接作为电源转换电路12V直流稳压电源的输出端，双向瞬态抑制二极管D4的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的另一端、电解电容C1的负极均接地。

所述的NPN型三极管Q1的发射极和高频扼流线圈L1的一端之间连接有电阻R1。

所述的运算放大器U3B的同相输入端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电容C10的两端分别与运算放大器U3B的反相输入端和输出端连接。

所述的V/I转换电路的输出端与RC低通滤波电路连接，所述的RC低通滤波电路包括有电阻R15、电容C6和防反二极管D3，电阻R15的一端与V/I转换电路的输出端连接，电容C6的一端、防反二极管D3的正极均与电阻R15的另一端连接，电容C6的另一端接地，防反二极管D3的负极作为RC低通滤波电路的输出端。

本实用新型的优点：

本实用新型由电涡流传感器和待测的导电导磁的金属形成线圈导体系统，系统电源采用工业上常用的直流24V电源，通过稳压后为电涡流传感器和信号调理电路供电，由三点式电容振荡电路提供高频载波信号，经过解调和滤波后得到与检测位移成线性的电压信号，再通过V/I转换电路将之转换为标准的4-20mA工业变送信号，该输出的电流变送信号和检测的位移成单值线性对应关系。

附图说明

图1是本实用新型高频振荡电路和检波电路的电路图。

图2是本实用新型V/I转换电路和RC低通滤波电路的电路图。

图3是本实用新型电源转换电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种电涡流传感器信号调理电路，包括有电源转换电路，以及顺次连接的高频振荡电路、检波电路、V/I转换电路和RC低通滤波电路；

见图1，高频振荡电路包括有NPN型三极管Q1、电容C7、电容C8和电容C9组成的三点式电容振荡电路，运算放大器U2A，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R22，高频扼流线圈L1和电位器R19；电阻R4的一端、电阻R5的一端均与运算放大器U2A的同相输入端连接，电阻R5的一端、电阻R22的一端均与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R5的另一端、电容C8的一端均与NPN型三极管Q1的基极连接，运算放大器U2A的反相输入端、NPN型三极管Q1的发射极、高频扼流线圈L1的一端、电容C9的一端均通过电容C7与电源正极连接，NPN型三极管Q1的发射极和高频扼流线圈L1的一端之间连接有电阻R1，高频扼流线圈L1的另一端与电位器R19的其中一固定端连接，电涡流传感器的线圈P1的一端与电容C9的另一端连接，NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与检波电路的输入端连接，电阻R4的另一端、电容C8的一端、电涡流传感器的线圈P1的另一端均与电源正极连接，电阻R6的另一端、电阻R22的另一端、以及电位器R19的另一固定端和可调端均接地；由NPN型三极管Q1、电容C7、电容C8和电容C9组成的三点式电容振荡电路提供约1MHz的高频振荡信号作为电涡流传感器的信号调理电路中的高频载波信号，运算放大器U2A、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R22提供NPN型三极管Q1恰当的工作点，高频扼流线圈L1与电位器R19配合可以保障高频振荡电路稳定起振。

见图1，检波电路包括有高频开关二极管D2和电容滤波器C3，NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与高频开关二极管D2的正极连接，高频开关二极管D2的负极和电容滤波器C3的一端相互连接作为检波电路的输出端，电容滤波器C3的另一端连接电源正极；当涡流线圈和被测金属导体之间的距离发生变化时，线圈导体系统的等效阻抗会发生相应的变化，载波信号与反映位移信号的调制信号相互作用形成频率不变的调幅波，经过调制后的调幅波需要将载波信号滤除剩下与位移成线性对应关系的调制信号即检波，检波电路由高频开关二极管D2和电容滤波器C3实现，Vi为经解调后反映涡流传感器与被测金属导体间位移成线性关系的直流电信号。

见图2，V/I转换电路包括有运算放大器U2B、运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R16、电位器R20、电阻R11、电阻R12、电阻R17、电阻R18、采样电阻R13和可变采样电阻R21，电阻R14的一端与检波电路的输出端连接，电阻R14的另一端、电阻R16的一端均与运算放大器U3B的同相输入端连接，电阻R16的另一端接地，电阻R8的一端、电阻R12的一端均与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R8的另一端、电阻R7的一端均与运算放大器U3B的反相输入端连接，运算放大器U3B的同相输入端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电容C10的两端分别与运算放大器U3B的反相输入端和输出端连接，电阻R7的另一端与电位器R20的可调端连接，电位器R20的其中一固定端通过电阻R10与电源正极连接，电位器R20的另一固定端通过电阻R9接地，电阻R12的另一端、电阻R11的一端均与运算放大器U3A的同相输入端连接，运算放大器U2B的反相输入端和输出端均与电阻R11的另一端连接，电阻R17的一端、电阻R18的一端均与运算放大器U3A的反相输入端连接，电阻R17的一端、采样电阻R13的一端均与运算放大器U3A的输出端连接，电阻R18的另一端接地，采样电阻R13的另一端与可变采样电阻R21的其中一固定端连接，运算放大器U2B的同相输入端、可变采样电阻R21的另一固定端和可变采样电阻R21的可调端相互连接作为V/I转换电路的输出端，V/I转换电路的输出端与RC低通滤波电路连接，RC低通滤波电路包括有电阻R15、电容C6和防反二极管D3，电阻R15的一端与V/I转换电路的输出端连接，电容C6的一端、防反二极管D3的正极均与电阻R15的另一端连接，电容C6的另一端接地，防反二极管D3的负极作为RC低通滤波电路的输出端；

检波后的直流信号Vi为初始幅值不固定的电压信号，在工业应用场合，通常采用标准的工业变送信号，其中4～20Ma电流变送信号应用极为广泛。先通过运算放大器U3B、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R14和电阻R16的配合，实现对Vi的电压幅值变换和初始电压值即零点的调整，当电涡流传感器与被测对象的距离为0mm时，要求V/I转换电路输出4mA的电流变送信号，这由电位器R20调节实现，电容C4和电容C10进一步提供对Vi的滤波，以进一步滤除Vi的高频脉动部分；运算放大器U3A和运算放大器U3B为高输出电流的精密双运放TL2064，其输出电流值可达到80mA，采样电阻R13和可变采样电阻R21为采样电阻，可变采样电阻R21提供V/I转换电路的增益值，采样电阻R13和可变采样电阻R21的低端通过运算放大器U2B的缓冲后与运算放大器U3B的输出及电阻R11、电阻R12组成电路回路，其分压值输送至运算放大器U3A的同相输入端，采样电阻R13和可变采样电阻R21的高端连接运算放大器U3A的输出，其电压值由电阻R17、电阻R18及运算放大器U3A的同相输入端电压决定，通过恰当的电阻值选取，V/I转换电路可获得标准的电流变送信号4～20mA；电阻R15为10欧左右的电阻，其与电容C6组成RC低通滤波电路，可进一步实现滤波功能，降低信号的纹波，D3为防反二极管，保证电流的单向流通。

见图3，电源正极为12V直流稳压电源，电涡流传感器的供电电源为24V直流电源，24V直流电源通过电源转换电路转换成12V直流稳压电源，电源转换电路包括有自恢复保险丝F1、二极管D1、双向瞬态抑制二极管D4、电容C2、线性降压可调稳压电源U1、电阻R2、电阻R3和电解电容C1，自恢复保险丝F1的一端连接24V直流电源，二极管D1的正极、双向瞬态抑制二极管D4的一端均与自恢复保险丝F1的另一端连接，二极管D1的负极、电容C2的一端均与线性降压可调稳压电源U1的输入端连接，电阻R2的一端、电阻R3的一端均与线性降压可调稳压电源U1的接地端连接，电阻R3的另一端和电解电容C1的正极相互连接作为电源转换电路12V直流稳压电源的输出端，双向瞬态抑制二极管D4的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的另一端、电解电容C1的负极均接地；其中，自恢复保险丝F1用于对系统电路的过载保护，双向瞬态抑制二极管D4提供系统电路过压瞬态保护，线性降压可调稳压电源U1的输出由电阻R2和电阻R3的电阻值决定，使得线性降压可调稳压电源U1输出12V的直流稳压电源。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种电涡流传感器信号调理电路，其特征在于：包括有顺次连接的高频振荡电路、检波电路和V/I转换电路；

所述的高频振荡电路包括有NPN型三极管Q1、电容C7、电容C8和电容C9组成的三点式电容振荡电路，运算放大器U2A，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R22，高频扼流线圈L1和电位器R19；所述的电阻R4的一端、电阻R5的一端均与运算放大器U2A的同相输入端连接，所述的电阻R5的一端、电阻R22的一端均与运算放大器U2A的输出端连接，电阻R5的另一端、电容C8的一端均与NPN型三极管Q1的基极连接，运算放大器U2A的反相输入端、NPN型三极管Q1的发射极、高频扼流线圈L1的一端、电容C9的一端均通过电容C7与电源正极连接，所述的高频扼流线圈L1的另一端与电位器R19的其中一固定端连接，电涡流传感器的线圈P1的一端与电容C9的另一端连接，所述的NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与检波电路的输入端连接，电阻R4的另一端、电容C8的一端、电涡流传感器的线圈P1的另一端均与电源正极连接，电阻R6的另一端、电阻R22的另一端、以及电位器R19的另一固定端和可调端均接地；

所述的检波电路包括有高频开关二极管D2和电容滤波器C3，NPN型三极管Q1的集电极、电容C9的另一端均与高频开关二极管D2的正极连接，高频开关二极管D2的负极和电容滤波器C3的一端相互连接作为检波电路的输出端，电容滤波器C3的另一端连接电源正极；

所述的V/I转换电路包括有运算放大器U2B、运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R14、电阻R16、电位器R20、电阻R11、电阻R12、电阻R17、电阻R18、采样电阻R13和可变采样电阻R21，所述的电阻R14的一端与检波电路的输出端连接，电阻R14的另一端、电阻R16的一端均与运算放大器U3B的同相输入端连接，电阻R16的另一端接地，电阻R8的一端、电阻R12的一端均与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R8的另一端、电阻R7的一端均与运算放大器U3B的反相输入端连接，所述的电阻R7的另一端与电位器R20的可调端连接，电位器R20的其中一固定端通过电阻R10与电源正极连接，电位器R20的另一固定端通过电阻R9接地，电阻R12的另一端、电阻R11的一端均与运算放大器U3A的同相输入端连接，运算放大器U2B的反相输入端和输出端均与电阻R11的另一端连接，电阻R17的一端、电阻R18的一端均与运算放大器U3A的反相输入端连接，电阻R17的一端、采样电阻R13的一端均与运算放大器U3A的输出端连接，电阻R18的另一端接地，采样电阻R13的另一端与可变采样电阻R21的其中一固定端连接，运算放大器U2B的同相输入端、可变采样电阻R21的另一固定端和可变采样电阻R21的可调端相互连接作为V/I转换电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器信号调理电路，其特征在于：所述的电源正极为12V直流稳压电源，所述的电涡流传感器的供电电源为24V直流电源，所述的24V直流电源通过电源转换电路转换成12V直流稳压电源，所述的电源转换电路包括有自恢复保险丝F1、二极管D1、双向瞬态抑制二极管D4、电容C2、线性降压可调稳压电源U1、电阻R2、电阻R3和电解电容C1，自恢复保险丝F1的一端连接24V直流电源，二极管D1的正极、双向瞬态抑制二极管D4的一端均与自恢复保险丝F1的另一端连接，二极管D1的负极、电容C2的一端均与线性降压可调稳压电源U1的输入端连接，电阻R2的一端、电阻R3的一端均与线性降压可调稳压电源U1的接地端连接，电阻R3的另一端和电解电容C1的正极相互连接作为电源转换电路12V直流稳压电源的输出端，双向瞬态抑制二极管D4的另一端、电容C2的另一端、电阻R2的另一端、电解电容C1的负极均接地。

3.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器信号调理电路，其特征在于：所述的NPN型三极管Q1的发射极和高频扼流线圈L1的一端之间连接有电阻R1。

4.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器信号调理电路，其特征在于：所述的运算放大器U3B的同相输入端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端接地，电容C10的两端分别与运算放大器U3B的反相输入端和输出端连接。

5.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器信号调理电路，其特征在于：所述的V/I转换电路的输出端与RC低通滤波电路连接，所述的RC低通滤波电路包括有电阻R15、电容C6和防反二极管D3，电阻R15的一端与V/I转换电路的输出端连接，电容C6的一端、防反二极管D3的正极均与电阻R15的另一端连接，电容C6的另一端接地，防反二极管D3的负极作为RC低通滤波电路的输出端。

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