CN213423358U - 电梯曳引系统测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了电梯曳引系统测试装置，通过在电容检测电路中设置一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路，一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗并消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移，二级放大电路和三级放大电路去除前级电路中的偏置电压，防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，使输出电压稳定；稳压电路滤除三级放大电路输出的交流电信号中存在的尖峰噪声和高频噪声，保护后级全波整流电路不受高频噪声的影响，损坏电路，进一步使输出电压更加稳定；通过设置抗混叠滤波器，去除频带外的干扰信号，减小全波整流电路输出的直流信号中的纹波分量，进一步使输出的电压信号更加稳定。

Description

电梯曳引系统测试装置

技术领域

本实用新型涉及曳引机工作检测技术领域，尤其涉及电梯曳引系统测试装置。

背景技术

对电梯曳引系统的振动进行监测可以有效的判断曳引机的运行状态，从而间接地提高曳引机的生产效率，降低电梯发生重大事故的概率。因为曳引机的振动信号属于非电信号，一般不便于直接测量和应用，通常采用具有信噪比大、零漂小、灵敏度高、精度稳定性好的电容式位移传感器采集电梯曳引系统的振动信号并转换为电信号，再经检测电路经行处理和提取。其中，电容检测电路对于电容测振来说是至关重要的，通常采用高分辨率、线性度较好的运算放大器构成的电容检测电路，单级运算放大器构成的电容检测电路是工程中常用的运算放大式电容检测电路。这种检测电路对微小电容的检测精度主要取决于运算放大器的品质：要求运放具有高输入阻抗，低输出阻抗；要求运放具有较高的开环增益；要求放大器温漂小、失调小。实际中，为了提高测振电路的灵敏度，常采用频率、幅值较高的载波信号。这无异于对运算大器提出了更为苛刻的要求，往往会因运放自身的问题如输入电压失调，温漂较大等造成输出电压不稳定。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了电梯曳引系统测试装置，通过优化现有运算放大器构成的电容检测电路结构，输出的电压信号稳定，测试装置的检测精度高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了电梯曳引系统测试装置，通过优化现有运算放大器构成的电容检测电路结构，输出的电压信号稳定，测试装置的检测精度高。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了电梯曳引系统测试装置，其包括CPU芯片、电容传感器、全波整流电路和电容检测电路，电容检测电路包括振荡器、一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路；

电容传感器和振荡器分别与一级放大电路的输入端电性连接，一级放大电路的输出端通过依次串联的二级放大电路、三级放大电路、稳压电路和全波整流电路与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，一级放大电路包括电容C1、电阻R30和第一运算放大器CA3130；

电容传感器和振荡器通过电容C1分别与第一运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R30的一端电性连接，电阻R30的另一端接地，第一运算放大器CA3130的输出端分别与其反相输入端和二级放大电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，二级放大电路包括电容C2、电阻R31-R33和第二运算放大器CA3130；

第一运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C2和电阻R31与第二运算放大器CA3130的反相输入端电性连接，第二运算放大器CA3130的同相输入端通过电阻R32接地，电阻R33并联在第二运算放大器CA3130的输出端及其反相输入端之间，第二运算放大器CA3130的输出端与三级放大电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，三级放大电路包括电容C3、电阻R34-R36和第三运算放大器CA3130；

第二运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C3和电阻R34分别与第三运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R35的一端电性连接，电阻R35的另一端接地，电阻R36并联在第三运算放大器CA3130的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器CA3130的输出端与稳压电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，稳压电路包括电阻R37、电容C4和二极管D6；

第三运算放大器CA3130的输出端通过电阻R37分别与电容C4的一端和二极管D6的负极电性连接，电容C4的另一端和二极管D6的正极均接地，二极管D6的负极与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括抗混叠滤波器；

全波整流电路通过抗混叠滤波器与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，还包括调零电路；

全波整流电路通过依次串联的抗混叠滤波器和调零电路与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，调零电路包括基准电压、电阻R38-R41和第四运算放大器LM358；

抗混叠滤波器的输出端通过电阻R38分别与第四运算放大器LM358的同相输入端和电阻R39的一端电性连接，电阻R39的另一端接地，基准电压通过电阻R40与第四运算放大器LM358的反相输入端电性连接，电阻R41并联在第四运算放大器LM358的反相输入端及其输出端之间，第四运算放大器LM358的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

本实用新型的电梯曳引系统测试装置相对于现有技术具有以下有益效果：(1)通过在电容检测电路中设置一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路，一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗并消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移，二级放大电路和三级放大电路去除前级电路中的偏置电压，防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，使输出电压稳定；稳压电路滤除三级放大电路输出的交流电信号中存在的尖峰噪声和高频噪声，保护后级全波整流电路不受高频噪声的影响，损坏电路，进一步使输出电压更加稳定；

(2)通过设置抗混叠滤波器，去除频带外的干扰信号，减小全波整流电路输出的直流信号中的纹波分量，进一步使输出的电压信号更加稳定；

(3)通过设置调零电路，一方面进行调零，另一方面，因为直流信号中含有基值分量和振动分量两部分，振动分量在其中的比重较小，调零电路对振动信号中的振动分量进行提取和单独放大，更进一步使输出的电压信号更加稳定，提高测试装置对振动信号的检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电梯曳引系统测试装置的系统结构图；

图2为本实用新型的电梯曳引系统测试装置中电容检测电路的电路图；

图3为本实用新型的电梯曳引系统测试装置中调零电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的电梯曳引系统测试装置，其包括CPU芯片、电容传感器、全波整流电路、电容检测电路、抗混叠滤波器和调零电路。

电容传感器，采集曳引机的振动信号并转换为电信号，再将电信号传输到电容检测电路进行处理。具体的，电容传感器通过依次串联的电容检测电路、全波整流电路、抗混叠滤波器和调零电路与CPU芯片的模拟输入端电性连接。电容传感器可以选用常规的电容传感器，本实施例不对电容传感器的结构和型号做限定，并且本实施例中，并不涉及对电容传感器的改进，因此，在此不再累述。如图2所示，Vo1表示电容传感器输出的电信号。

电容检测电路，将电容传感器输出的电信号转换为交流电压信号并进行放大处理。优选的，本实施例中，电容检测电路包括振荡器、一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路。

振荡器，因为电容传感器转换输出的电信号比较微弱，为了方便电容检测电路检测到电容传感器产生的电容变化量，目前，一般需要振荡器提供一个频率可调的交流激励源给电容检测电路，电容检测电路把电容传感器采集的电容量与振荡器提供的交流激励源相乘，方便电容检测电路检测电容传感器的电容变化量，因此，本实施例设置振荡器为电容检测电路提供交流激励源。其中，振荡器与一级放大电路的输入端电性连接。本实施例不涉及对振荡器电路结构的改进，因此，在此不再累述振荡器的电路结构，优选的，可以选用RC振荡器。

一级放大电路，由于电容传感器的容值较小，同时输出阻抗较高，所以利用一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗，使其具有高输入阻抗、低噪声等特性。其中，一级放大电路串联在电容传感器和二级放大电路之间的线路中。优选的，本实施例中，如图2所示，一级放大电路包括电容C1、电阻R30和第一运算放大器CA3130；具体的，电容传感器和振荡器通过电容C1分别与第一运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R30的一端电性连接，电阻R30的另一端接地，第一运算放大器CA3130的输出端分别与其反相输入端和二级放大电路的输入端电性连接。如图2所示，U1表示第一运算放大器CA3130。

其中，电阻R30为平衡电阻，用于消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移；电容C1为滤波电容，用于滤除电路噪声干扰信号；第一运算放大器CA3130构成了电压跟随器，用于提高电容检测电路的输入阻抗，使电容检测电路与电容传感器阻抗匹配，减小电路损耗，使输出电压稳定。

二级放大电路，放大一级放大电路输出的电信号。其中，二级放大电路串联在一级放大电路和三级放大电路之间的线路中。优选的，本实施例中，如图2所示，二级放大电路包括电容C2、电阻R31-R33和第二运算放大器CA3130；具体的，第一运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C2和电阻R31与第二运算放大器CA3130的反相输入端电性连接，第二运算放大器CA3130的同相输入端通过电阻R32接地，电阻R33并联在第二运算放大器CA3130的输出端及其反相输入端之间，第二运算放大器CA3130的输出端与三级放大电路的输入端电性连接。如图2所示，U2表示第二运算放大器CA3130。

其中，电容C2为耦合电容，用于去除一级放大电路中的偏置电压，消除第二运算放大器CA3130的温漂误差，使输出电压信号稳定；电阻R31为负载电阻，防止电路电流过大击穿第二运算放大器CA3130；电阻R32为平衡电阻，用于消除第二运算放大器CA3130的低频电压漂移；电阻R33为负反馈电阻，用于减小第二运算放大器CA3130的失调电压以及信号非线性失真；第二运算放大器CA3130构成了负反馈运算放大器，用于放大一级放大电路输出的电信号并减小信号的非线性失真。

三级放大电路，因为现有的单级运算放大器构成的电容检测电路对微小电容的检测精度主要取决于运算放大器的品质：要求运放具有高输入阻抗，低输出阻抗；要求运放具有较高的开环增益；要求放大器温漂小、失调小。实际中，为了提高测振电路的灵敏度，常采用频率、幅值较高的载波信号。这无异于对运算大器提出了更为苛刻的要求，往往会因运放自身的问题如输入电压失调，温漂较大等造成输出电压不稳定。因此，为了解决上述问题，本实施例电容检测电路设置了三级运算放大器，对运算放大器的选型没有苛刻要求，一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗并消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移，二级放大电路和三级放大电路去除前级电路中的偏置电压，防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，使输出电压稳定。其中，三级放大电路串联在二级放大电路和稳压电路之间的线路中。

优选的，本实施例中，如图2所示，三级放大电路包括电容C3、电阻R34-R36和第三运算放大器CA3130；具体的，第二运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C3和电阻R34分别与第三运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R35的一端电性连接，电阻R35的另一端接地，电阻R36并联在第三运算放大器CA3130的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器CA3130的输出端与稳压电路的输入端电性连接。如图2所示，U3表示第三运算放大器CA3130。

其中，电容C3为耦合电容，用于去除二级放大电路中的偏置电压，消除第三运算放大器CA3130的温漂误差，电容C2和电容C3防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，使输出电压信号稳定；电阻R34为负载电阻，防止电路电流过大击穿第三运算放大器CA3130；电阻R35为平衡电阻，用于消除第三运算放大器CA3130的低频电压漂移；电阻R36为正反馈电阻，用于提高第三运算放大器CA3130的开环增益；第三运算放大器CA3130构成了正反馈运算放大器，用于放大二级放大电路输出的电信号并提高电容检测电路的开环增益。

稳压电路，滤除三级放大电路输出的交流电信号中存在的尖峰噪声和高频噪声，保护后级全波整流电路不受高频噪声的影响，损坏电路，进一步使输出电压更加稳定。其中，稳压电路串联在三级放大电路和全波整流电路之间的线路中。优选的，本实施例中，如图2所示，稳压电路包括电阻R37、电容C4和二极管D6；具体的，第三运算放大器CA3130的输出端通过电阻R37分别与电容C4的一端和二极管D6的负极电性连接，电容C4的另一端和二极管D6的正极均接地，二极管D6的负极与CPU芯片的模拟输入端电性连接。如图2所示，Vo2表示稳压电路输出的电信号。

其中，电阻R37与电容C4组成RC滤波电路，用于滤除三级放大电路输出的交流电信号中存在的尖峰噪声和高频噪声；二极管D6为钳位二极管，用于消除电路高频干扰信号的影响，保护后级全波整流电路不受高频噪声的影响，损坏电路，进一步使输出电压更加稳定。

全波整流电路，将电容检测电路输出的交流电压信号转换为直流信号，进一步使输出的电压更加稳定。本实施例不涉及对全波整流电路结构的改进，因此，在此不再累述全波整流电路的电路结构。

抗混叠滤波器，去除频带外的干扰信号，减小全波整流电路输出的直流信号中的纹波分量，进一步使输出的电压信号更加稳定。其中，抗混叠滤波器串联在全波整流电路和调零电路之间的线路中。本实施例不涉及对抗混叠滤波器结构的改进，因此，在此不再累述抗混叠滤波器的电路结构。

调零电路，一方面进行调零，另一方面，因为直流信号中含有基值分量和振动分量两部分，振动分量在其中的比重较小，调零电路对振动信号中的振动分量进行提取和单独放大，更进一步使输出的电压信号更加稳定，提高测试装置对振动信号的检测精度。其中，调零电路的输入端与抗混叠滤波器的输出端电性连接，调零电路的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图3所示，调零电路包括基准电压、电阻R38-R41和第四运算放大器LM358；具体的，抗混叠滤波器的输出端通过电阻R38分别与第四运算放大器LM358的同相输入端和电阻R39的一端电性连接，电阻R39的另一端接地，基准电压通过电阻R40与第四运算放大器LM358的反相输入端电性连接，电阻R41并联在第四运算放大器LM358的反相输入端及其输出端之间，第四运算放大器LM358的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。如图3所示，Vo_PA0表示调零电路输出的电信号；Vref表示基准电压；Vx表示抗混叠滤波器输出的电压信号；U4表示第四运算放大器LM358。

其中，电阻R38和电阻R40为负载电阻，防止电路电流过大击穿第四运算放大器LM358；电阻R39为调零电阻，用于消除第四运算放大器LM358的零点漂移；电阻R41为负反馈电阻，用于减小第四运算放大器LM358的失调电压以及信号非线性失真；第四运算放大器LM358为差分运算放大器，用于消除电路零点漂移并放大抗混叠滤波器输出的电信号的振动分量，更进一步使输出的电压信号更加稳定，提高测试装置对振动信号的检测精度。

CPU芯片，对调零电路输出的电信号进行处理计算。CPU芯片的模拟输入端与调零电路的输出端电性连接。本实施例中，不涉及对CPU芯片内部算法的改进，因此，在此不再累述CPU芯片的内部算法。本实施例不限定CPU芯片的型号，优选的，选用STM32F407；PA0引脚对应表示CPU芯片的模拟输入端。

本实施例的工作原理是：电容传感器采集曳引机的振动信号，并将其转换为电信号传输到一级放大电路，一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗、消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移，并根据振荡器提供的交流激励源将电信号转换为交流电压信号，交流电压信号输入到二级放大电路进行放大，经二级放大电路放大后的信号再输入到三级放大电路进行放大，二级放大电路和三级放大电路去除前级电路中的偏置电压，防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，放大后的电信号输入到稳压电路，稳压电路将放大后的电信号滤波稳压后输出到全波整流电路，全波整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号，并将其输入到抗混叠滤波器去除干扰噪声、减小直流信号中的纹波分量，再将其输入到调零电路进行调零并放大振动分量，放大后的振动分量输入到CPU芯片进行处理计算。

本实施例的有益效果为：通过在电容检测电路中设置一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路，一级放大电路提高电容检测电路的输入阻抗并消除第一运算放大器CA3130的低频电压漂移，二级放大电路和三级放大电路去除前级电路中的偏置电压，防止了运算放大器因温漂产生的误差一级级传递，使输出电压稳定；稳压电路滤除三级放大电路输出的交流电信号中存在的尖峰噪声和高频噪声，保护后级全波整流电路不受高频噪声的影响，损坏电路，进一步使输出电压更加稳定；

通过设置抗混叠滤波器，去除频带外的干扰信号，减小全波整流电路输出的直流信号中的纹波分量，进一步使输出的电压信号更加稳定；

通过设置调零电路，一方面进行调零，另一方面，因为直流信号中含有基值分量和振动分量两部分，振动分量在其中的比重较小，调零电路对振动信号中的振动分量进行提取和单独放大，更进一步使输出的电压信号更加稳定，提高测试装置对振动信号的检测精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.电梯曳引系统测试装置，其包括CPU芯片、电容传感器、全波整流电路和电容检测电路，其特征在于：所述电容检测电路包括振荡器、一级放大电路、二级放大电路、三级放大电路和稳压电路；

所述电容传感器和振荡器分别与一级放大电路的输入端电性连接，一级放大电路的输出端通过依次串联的二级放大电路、三级放大电路、稳压电路和全波整流电路与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：所述一级放大电路包括电容C1、电阻R30和第一运算放大器CA3130；

所述电容传感器和振荡器通过电容C1分别与第一运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R30的一端电性连接，电阻R30的另一端接地，第一运算放大器CA3130的输出端分别与其反相输入端和二级放大电路的输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：所述二级放大电路包括电容C2、电阻R31-R33和第二运算放大器CA3130；

所述第一运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C2和电阻R31与第二运算放大器CA3130的反相输入端电性连接，第二运算放大器CA3130的同相输入端通过电阻R32接地，电阻R33并联在第二运算放大器CA3130的输出端及其反相输入端之间，第二运算放大器CA3130的输出端与三级放大电路的输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：所述三级放大电路包括电容C3、电阻R34-R36和第三运算放大器CA3130；

所述第二运算放大器CA3130的输出端通过依次串联的电容C3和电阻R34分别与第三运算放大器CA3130的同相输入端和电阻R35的一端电性连接，电阻R35的另一端接地，电阻R36并联在第三运算放大器CA3130的反相输入端及其输出端之间，第三运算放大器CA3130的输出端与稳压电路的输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：所述稳压电路包括电阻R37、电容C4和二极管D6；

所述第三运算放大器CA3130的输出端通过电阻R37分别与电容C4的一端和二极管D6的负极电性连接，电容C4的另一端和二极管D6的正极均接地，二极管D6的负极与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

6.如权利要求1所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：还包括抗混叠滤波器；

所述全波整流电路通过抗混叠滤波器与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

7.如权利要求6所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：还包括调零电路；

所述全波整流电路通过依次串联的抗混叠滤波器和调零电路与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

8.如权利要求7所述的电梯曳引系统测试装置，其特征在于：所述调零电路包括基准电压、电阻R38-R41和第四运算放大器LM358；

所述抗混叠滤波器的输出端通过电阻R38分别与第四运算放大器LM358的同相输入端和电阻R39的一端电性连接，电阻R39的另一端接地，基准电压通过电阻R40与第四运算放大器LM358的反相输入端电性连接，电阻R41并联在第四运算放大器LM358的反相输入端及其输出端之间，第四运算放大器LM358的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

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