CN212567265U - 一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了电路技术领域中的一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，包括直流稳压电源、LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器，直流稳压电源分别为LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器供电，LC高频振荡器的输入端连接传感器探头，其输出端与检波解调器连接，检波解调器与低频放大器连接，低频放大器的输出端连接输出端口。本实用新型使得电涡流位移非接触测量传感器具有可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、相应速度快、线性度高、分辨率高等优点，并且减少了工序工时，极大地提高了产品的生产效率，使得产品的线性度、精度、可靠性等各项性能都有较大提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路技术领域，具体的说，是涉及一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路。
背景技术
电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨率地测量被测金属导体距探头表面距离，它是一种非接触的线性化测量工具。电涡流传感器能精确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析、振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续精确地采集到转子振动状态的多种参数，如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。因此，电涡流床干起在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中有广泛应用。
那么如何保证电涡流位移传感器内信号解调电路的灵敏度、线性度和分辨率，成为现在电涡流传感器的一大挑战。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本实用新型提供一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路。
本实用新型技术方案如下所述：
一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，包括直流稳压电源、LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器，所述直流稳压电源分别为所述LC高频振荡器、所述检波解调器以及所述低频放大器供电，所述LC高频振荡器的输入端连接传感器探头，其输出端与所述检波解调器连接，所述检波解调器与所述低频放大器连接，所述低频放大器的输出端连接输出端口。
根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述传感器探头的一端经过第二磁珠FB2与所述LC高频振荡器连接，其另一端经过第三磁珠FB3与所述LC高频振荡器连接。
根据上述方案的本实用新型，其特征在于，所述直流稳压电源的输入电源为DC-24V电源。
根据上述方案的本实用新型，其特征在于，在所述LC高频振荡器中，三极管的基极与振荡电源连接，其集电极分别与所述传感器探头的一端、第十五电容C15的一端、第十六电容C16的一端以及所述检波解调器的输入端连接，所述三极管的发射极经过地十五电阻R15后分别与所述第十五电容C15的另一端、第十四电容C14的一端以及第二电感L2连接，所述第十四电容C14的另一端分别与所述传感器探头的另一端、所述第十六电容C16的另一端连接并接地，所述第二电感L2的另一端经过压敏电阻RV1后与第一电源连接。
进一步的，所述振荡电源包括第一放大器U1，所述第一放大器U1的第三引脚经过第十二电阻R12后与所述第一电源连接，且所述第一放大器U1的第三引脚经过第十七电阻R17后接地，所述第一放大器U1的第二引脚与所述三极管的发射机连接，所述第一放大器U1的第一引脚与第十一电阻R11和第十六电阻R16连接，所述第十一电阻R11的另一端与所述第一电源连接，所述第十六电阻R16的另一端与所述三极管的基极连接，其还经过第十七电容C17后接地。
根据上述方案的本实用新型，其特征在于，在所述检波解调器中，所述LC高频振荡器的输出端经过第一电容C1后分别与第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极连接，所述第三二极管D3的阳极与第一RC串并联电路连接，所述第一二极管D1的阴极经过RC低通电路后与第一放大器U1的第六引脚、连接，所述第一放大器U1的第六引脚还经过反馈电路与其第七引脚连接，所述第一放大器U1的第五引脚与第二RC串并联电路连接。
根据上述方案的本实用新型，其特征在于，在所述低频放大器中，所述检波解调器的输出端经过第六电阻R6后与第四电容C4、第七电阻R7连接，所述第四电容C4的另一端与第二放大器U2的第一引脚连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二放大器U2的第三引脚、第五电容C5连接，所述第五电容C5的另一端接地，所述第二放大器U2的第二移交与基准电压电路、第三电容C3、第十三电阻R13连接，所述第三电容C3的另一端、所述第十三电阻R13的另一端均与所述第二放大器U2的第一引脚连接，所述第二放大器U2的另一端还经过第一磁珠FB1与所述输出端口连接。
进一步的，在所述基准电压电路中，第一电源经过第十四电阻R14分别与第十一电容C11、第五电阻R5、第二放大器U2的第五引脚连接，所述第十一电容C11的另一端、第五电阻R5的另一端均接地，所述第二放大器U2的第六引脚和第七引脚均经过第十电阻R10与所述第二放大器U2的第二引脚连接。
进一步的，所述第一磁珠FB1的另一端经过保护电路与所述输出端口连接。
更进一步的，所述保护电路包括熔断器FU、电路保护管TVS，所述第一磁珠FB1的另一端与第十二电容C12、所述熔断器FU连接，所述第十二电容C12的另一端接地，所述熔断器FU的另一端与所述输出端口、所述电路保护管TVS连接，所述电路保护管TVS的另一端接地。
根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型使得电涡流位移非接触测量传感器具有可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、相应速度快、线性度高、分辨率高等优点，并且采用高线性、高精密芯片集成电路，满足输出信号的分辨率、线性度及灵敏度等要求，减少了工序工时，极大地提高了产品的生产效率，使得产品的线性度、精度、可靠性等各项性能都有较大提高。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构框图。
图2为本实用新型的电路图。
图3为图2中LC高频振荡器的电路图。
图4为图2中检波解调器的电路图。
图5为图2中低频放大器输出的电路图。
图6为图2中直流稳压电源的电路图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：
如图1所示，一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，包括直流稳压电源、LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器，直流稳压电源分别为LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器供电，LC高频振荡器的输入端连接传感器探头，其输出端与检波解调器连接，检波解调器与低频放大器连接，低频放大器的输出端连接输出端口。
如图2、图3所示，传感器探头的一端经过第二磁珠FB2与LC高频振荡器连接，其另一端经过第三磁珠FB3与LC高频振荡器连接。
在LC高频振荡器中，三极管的基极与振荡电源连接，其集电极分别与传感器探头的一端、第十五电容C15的一端、第十六电容C16的一端以及检波解调器的输入端连接，三极管的发射极经过地十五电阻R15后分别与第十五电容C15的另一端、第十四电容C14的一端以及第二电感L2连接，第十四电容C14的另一端分别与传感器探头的另一端、第十六电容C16的另一端连接并接地，第二电感L2的另一端经过压敏电阻RV1后与第一电源（-12V）连接。
振荡电源包括第一放大器U1，第一放大器U1的第三引脚经过第十二电阻R12后与第一电源连接，且第一放大器U1的第三引脚经过第十七电阻R17后接地，第一放大器U1的第二引脚与三极管的发射机连接，第一放大器U1的第一引脚与第十一电阻R11和第十六电阻R16连接，第十一电阻R11的另一端与第一电源连接，第十六电阻R16的另一端与三极管的基极连接，其还经过第十七电容C17后接地。
如图2、图4所示，在检波解调器中，LC高频振荡器的输出端经过第一电容C1后分别与第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极连接，第三二极管D3的阳极与第一RC串并联电路连接，第一二极管D1的阴极经过RC低通电路后与第一放大器U1的第六引脚、连接，第一放大器U1的第六引脚还经过反馈电路与其第七引脚连接，第一放大器U1的第五引脚与第二RC串并联电路连接。
在本实施例的第一RC串并联电路中，第三二极管D3的阳极连接第八电阻R8、第六电容C6、第九电阻R9，且第八电阻R8和第六电容C6的另一端接地，第九电阻R9的另一端连接第一电源。
在本实施例的RC低通电路中，第一二极管D1的阴极与第一电阻R1、第七电容C7连接，第七电容C7的另一端接地，第一电阻R1的另一端与第一放大器U1的第六引脚连接。
本实施例的反馈电路通过串并联电路反馈实现，具体的，其包括串联的第二电阻R2和第二二极管D2，且第二电阻R2与第二二极管D2的阳极连接，两者串联后与第二电容C2并联，并且第二二极管D2的阴极与第一放大器U1的第七引脚连接，第二电阻R2的另一端与第一放大器U1的第六引脚连接。
如图2、图5所示，在低频放大器中，检波解调器的输出端经过第六电阻R6后与第四电容C4、第七电阻R7连接，第四电容C4的另一端与第二放大器U2的第一引脚连接，第七电阻R7的另一端与第二放大器U2的第三引脚、第五电容C5连接，第五电容C5的另一端接地，第二放大器U2的第二移交与基准电压电路、第三电容C3、第十三电阻R13连接，第三电容C3的另一端、第十三电阻R13的另一端均与第二放大器U2的第一引脚连接，第二放大器U2的另一端还经过第一磁珠FB1与输出端口连接。
在基准电压电路中，第一电源经过第十四电阻R14分别与第十一电容C11、第五电阻R5、第二放大器U2的第五引脚连接，第十一电容C11的另一端、第五电阻R5的另一端均接地，第二放大器U2的第六引脚和第七引脚均经过第十电阻R10与第二放大器U2的第二引脚连接。
优选的，第一磁珠FB1的另一端经过保护电路与输出端口连接，可以对低频放大器进行电路保护。具体的，保护电路包括熔断器FU、电路保护管TVS，第一磁珠FB1的另一端与第十二电容C12、熔断器FU连接，第十二电容C12的另一端接地，熔断器FU的另一端与输出端口、电路保护管TVS连接，电路保护管TVS的另一端接地。
如图2、图6所示，直流稳压电源的输入电源为DC-24V电源。
在直流稳压电源中，稳压芯片U3的第一引脚分别与第一电源、第十八电容C18\地基电容C9、第十八电阻R18连接，所述第十八电阻R18的另一端分别与第十九电阻R19、地市电容C10、稳压芯片U3的第二引脚、第三引脚、第四引脚、第十九电容C19、第四磁珠FB4连接，第十八电容C18的另一端、第九电容C9的另一端、第十九电阻R19的另一端、第十电容C10的另一端、第十九电容C19的另一端均接地。
第四磁珠FB4的另一端与第五磁珠FB5、第十三电容C13连接，第十三电容C13的另一端接地，第五磁珠FB5的另一端分别与第二电源（-24V）、第二十电容C20、第四二极管D4的阳极连接，第二十电容C20的另一端接地，第四二极管D4的另一端与第三电源（-VCC）、第一端子H3、第二电路保护管TVS2连接，第二电路保护管TVS2的另一端经过第三电路保护管TVS3与第二端子H5连接并接地。
本实用新型的实现原理为：
（1）直流稳压电源的输入直流电源为DC-24V，其给整个电路供电；
（2）电涡流传感器探头的激励线圈L1与高频振荡器组成LC并联谐振振荡，是以传感线圈与调谐电容组成并联LC谐振回路，由震荡器提供高频激磁电流；
（3）检波电路的输出电压正比于LC谐振电路的振幅，因而传感线圈与被测体之间距离的变化，引起谐振电路的振幅的变化，使输出电压跟随变化，从而实现位移量的测量，称振幅检波解调法；
（4）低频放大器中，第二放大器U2可通过外围元件来调节不同幅值、频率的振荡信号输出给电涡流探头线圈，从而得到稳定的振荡正弦信号。该振荡信号在芯片内部经补偿计算处理，经过检波解调器解调出模拟直流电压输出信号，最后由直流低频放大及线性矫正电路输出直流模拟电压信号。
本实用新型使得电涡流位移传感器信号解调电路符合高灵敏度、高线性度、高分辨率等要求，提高了电涡流非接触测量传感器的可靠性、抗干扰能力、相应速度等性能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，包括直流稳压电源、LC高频振荡器、检波解调器以及低频放大器，所述直流稳压电源分别为所述LC高频振荡器、所述检波解调器以及所述低频放大器供电，所述LC高频振荡器的输入端连接传感器探头，其输出端与所述检波解调器连接，所述检波解调器与所述低频放大器连接，所述低频放大器的输出端连接输出端口。
2.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，所述传感器探头的一端经过第二磁珠FB2与所述LC高频振荡器连接，其另一端经过第三磁珠FB3与所述LC高频振荡器连接。
3.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，所述直流稳压电源的输入电源为DC-24V电源。
4.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，在所述LC高频振荡器中，三极管的基极与振荡电源连接，其集电极分别与所述传感器探头的一端、第十五电容C15的一端、第十六电容C16的一端以及所述检波解调器的输入端连接，所述三极管的发射极经过地十五电阻R15后分别与所述第十五电容C15的另一端、第十四电容C14的一端以及第二电感L2连接，所述第十四电容C14的另一端分别与所述传感器探头的另一端、所述第十六电容C16的另一端连接并接地，所述第二电感L2的另一端经过压敏电阻RV1后与第一电源连接。
5.根据权利要求4所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，所述振荡电源包括第一放大器U1，所述第一放大器U1的第三引脚经过第十二电阻R12后与所述第一电源连接，且所述第一放大器U1的第三引脚经过第十七电阻R17后接地，所述第一放大器U1的第二引脚与所述三极管的发射机连接，所述第一放大器U1的第一引脚与第十一电阻R11和第十六电阻R16连接，所述第十一电阻R11的另一端与所述第一电源连接，所述第十六电阻R16的另一端与所述三极管的基极连接，其还经过第十七电容C17后接地。
6.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，在所述检波解调器中，所述LC高频振荡器的输出端经过第一电容C1后分别与第一二极管D1的阳极、第三二极管D3的阴极连接，所述第三二极管D3的阳极与第一RC串并联电路连接，所述第一二极管D1的阴极经过RC低通电路后与第一放大器U1的第六引脚、连接，所述第一放大器U1的第六引脚还经过反馈电路与其第七引脚连接，所述第一放大器U1的第五引脚与第二RC串并联电路连接。
7.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，在所述低频放大器中，所述检波解调器的输出端经过第六电阻R6后与第四电容C4、第七电阻R7连接，所述第四电容C4的另一端与第二放大器U2的第一引脚连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二放大器U2的第三引脚、第五电容C5连接，所述第五电容C5的另一端接地，所述第二放大器U2的第二移交与基准电压电路、第三电容C3、第十三电阻R13连接，所述第三电容C3的另一端、所述第十三电阻R13的另一端均与所述第二放大器U2的第一引脚连接，所述第二放大器U2的另一端还经过第一磁珠FB1与所述输出端口连接。
8.根据权利要求7所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，在所述基准电压电路中，第一电源经过第十四电阻R14分别与第十一电容C11、第五电阻R5、第二放大器U2的第五引脚连接，所述第十一电容C11的另一端、第五电阻R5的另一端均接地，所述第二放大器U2的第六引脚和第七引脚均经过第十电阻R10与所述第二放大器U2的第二引脚连接。
9.根据权利要求7所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，所述第一磁珠FB1的另一端经过保护电路与所述输出端口连接。
10.根据权利要求9所述的电涡流位移传感器的直流电压输出解调电路，其特征在于，所述保护电路包括熔断器FU、电路保护管TVS，所述第一磁珠FB1的另一端与第十二电容C12、所述熔断器FU连接，所述第十二电容C12的另一端接地，所述熔断器FU的另一端与所述输出端口、所述电路保护管TVS连接，所述电路保护管TVS的另一端接地。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116772702A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-19 | 河南卫华重型机械股份有限公司 | 一种电涡流距离采集电路 |
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| CN116772702A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-09-19 | 河南卫华重型机械股份有限公司 | 一种电涡流距离采集电路 |
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