CN217541963U - 一种传感器检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种传感器检测电路及装置，传感器检测电路包括：工作电路和自检使能开关电路，工作电路的输入端设置为与传感器连接，输出端设置为与处理器连接；自检使能开关电路包括连接在工作电路的输入端和输出端之间的自检使能开关；自检使能开关接收到传感器自检使能信号有效时导通，工作电路输出方波信号，方波信号的频率与传感器的电容值相关；自检使能开关未导通时，工作电路输出传感器检测到的传感器信号。本实用新型实施例公开的传感器检测电路及装置，可去除模拟开关，减少成本，无需额外的自检电路做检测。

Description

一种传感器检测电路及装置

技术领域

本实用新型涉及但不仅限于电子技术领域，更具体地，涉及一种传感器检测电路及装置。

背景技术

目前，传感器(比如弹性波传感器)检测方案一般需设置自检电路和工作电路，通过模拟开关切换自检电路和工作电路，实现传感器的自检或正常工作。

图1为弹性波传感器现有检测方案的结构框图，如图1所示，控制芯片通过切换开关电路切换自检电路和工作电路，并且分别处理工作电路和自检电路的结果。传感器正常工作时，弹性波信号通过工作电路将结果输出到控制芯片。传感器进行自检时，切换开关电路切换到自检电路，通过自检电路进行传感器状态的检测，以判断判断当前传感器的好坏。

然而，传感器的现有检测方案存在以下缺点：

1、传感器数量较多时，需要很多模拟开关，成本很高；

2、需要额外的自检电路做检测。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种传感器检测电路，包括：工作电路和自检使能开关电路，所述工作电路的输入端设置为与传感器连接，输出端设置为与处理器连接；所述自检使能开关电路包括连接在所述工作电路的输入端和输出端之间的自检使能开关；

所述自检使能开关接收到传感器自检使能信号有效时导通，所述工作电路输出方波信号，所述方波信号的频率与所述传感器的电容值相关；

所述自检使能开关未导通时，所述工作电路输出所述传感器检测到的传感器信号。

在一示例中，所述自检使能开关包括MOS管，所述工作电路包括放大器；

所述MOS管的栅极设置为与所述处理器连接，接收所述自检使能信号；

所述MOS管的漏极和源极中的一个与所述放大器的正向输入端连接，另一个与所述放大器的输出端连接；

所述MOS管的栅极接收到所述自检使能信号有效时导通，所述放大器与容性的所述传感器形成自激振荡输出方波信号。

在一示例中，所述自检使能开关电路还包括：与所述MOS管的栅极相连的电压驱动电路。

在一示例中，所述电压驱动电路包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极接收所述自检使能信号，所述第一三极管的发射极和集电极中的一个与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极和集电极中的一个与所述MOS管的栅极连接。

在一示例中，所述工作电路还包括：两个处理模块，两个处理模块以差分的形式分别连接到所述放大器的正向输入端和负向输入端；

每一个处理模块包括：调幅模块和调频模块，调幅模块与调频模块连接，其中一个处理模块中的调频模块的输出端连接到所述放大器的正向输入端，另一个处理模块中的调频模块的输出端连接到所述放大器的负向输入端；

两个处理模块的输入端分别作为所述工作电路的正向输入端和负向输入端，所述放大器的输出端为所述工作电路的输出端。

在一示例中，所述调频模块包括：第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一电容和所述第一电阻串联，所述第二电容并联至所述第一电容和所述第一电阻串联后的两端，所述第一电容和所述第一电阻的串联端连接至所述放大器的一个输入端；

所述第一电阻的非串联端连接到所述放大器的输出端，或者，所述第一电阻的非串联端与电源的基准源连接。

在一示例中，所述调幅模块包括：所述第一电阻和第二电阻，所述第二电阻通过所述第一电容与所述第一电阻连接，其中：

所述第二电阻的一端与所述第一电容的非串联端连接。

在一示例中，每一处理模块还包括：滤波模块，所述滤波模块的输出端与所述调幅模块连接，所述滤波模块的输入端作为所述工作电路的一个输入端。

本实用新型实施例还提供了一种传感器检测装置，包括：传感器、处理器和如任一实施例所述的传感器检测电路；

所述处理器的控制端与所述传感器检测电路的自检使能开关电路连接，所述处理器在设定自检条件满足时向所述传感器检测电路输出所述传感器的自检使能信号；

所述传感器与所述传感器检测电路的工作电路连接。

在一示例中，所述传感器包括：弹性波传感器。

本实用新型至少一个实施例提供的传感器检测电路及装置，与现有技术相比，具有以下有益效果：传感器检测电路可将工作电路和自检电路合二为一，在原有的传感器的工作电路部分可增加自检使能开关，通过自检使能开关改变工作电路的输出，既可实现传感器的自检，也可实现传感器正常工作时传感器信号的获取，可去除模拟开关，减少成本，无需额外的自检电路做检测。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。

图1为弹性波传感器现有检测方案的结构框图；

图2为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测电路的结构框图；

图3为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测装置的结构框图；

图4A为本实用新型一示例实施例提供的传感器断开时传感器检测电路的输出波形示意图；

图4B为本实用新型一示例实施例提供的传感器正常时传感器检测电路的输出波形示意图；

图4C为本实用新型一示例实施例提供的传感器短路时传感器检测电路的输出波形示意图；

图5为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测电路的电路原理图；

图6为本实用新型另一示例实施例提供的传感器检测电路的结构框图；

图7为实用新型另一示例实施例提供的传感器检测电路的电路原理图；

图8为本实用新型另一示例实施例提供的传感器检测装置的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图2为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测电路的结构框图，图3为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测装置的结构框图，如图2和图3所示，传感器检测电路可以包括：工作电路11和自检使能开关电路12，工作电路的输入端设置为与传感器2连接，输出端设置为与处理器3连接；自检使能开关电路可以包括连接在工作电路的输入端和输出端之间的自检使能开关121。

自检使能开关接收到传感器自检使能信号有效时导通，工作电路输出方波信号，方波信号的频率与传感器的电容值相关；自检使能开关未导通时，工作电路输出传感器检测到的传感器信号。

本实施例中，传感器检测电路可将工作电路和自检电路合二为一，既可实现传感器的自检，也可实现传感器正常工作时传感器信号的获取。可在原有的传感器的工作电路部分可增加自检使能开关，通过自检使能开关改变工作电路的输出，实现传感器的自检。

传感器(比如弹性波传感器)可以等效为一个电容，在正常工作有碰撞的时候产生电荷信号(即传感器信号)，在静止状态(没有碰撞等情况)表现为一个电容。

在正常工作情况下，传感器在有碰撞的时候产生电荷信号，自检使能开关不导通，工作电路对传感器产生的电荷信号进行相关处理后输出至处理器，相关处理可以包括以下至少一种：放大、调幅、调频和过滤等。在自检状态下，即自检使能开关接收到的自检使能信号有效时，自检使能开关导通，改变工作电路的输出，工作电路输出方波，通过检测方波的频率实现检测传感器的状态。

在一示例中，自检使能开关可以与处理器的控制端连接，处理器在设定自检条件满足时(即自检状态下)向传感器检测电路输出传感器自检使能信号，自检使能开关接收处理器的控制端发送的自检使能信号，在处理器的控制端发送的自检使能信号有效时，自检使能开关导通。在处理器控制端发送的自检使能信号无效时，自检使能开关不导通。

自检使能信号可以为电平信号，比如自检使能信号为第一电平(比如低电平)时有效，自检使能信号为第二电平(比如高电平)时无效。

设定自检条件可根据实际情况或经验值而定，设定自检条件满足可以包括：设定时间到达，或传感器未碰撞，或传感器上电时。

传感器处于不同的状态时对应的电容值不同，方波信号的频率与传感器的电容值相关，可通过检测方波的频率得出传感器的电容值，通过电容值判断当前传感器的好坏。通过方波的频率得出传感器的电容值为现有算法，本实施例在此不进行限定和赘述。

在一示例中，自检状态下传感器的状态可以包括：传感器正常、传感器短路和传感器断开，可预先设置与传感器的状态对应的频率范围，比如传感器正常、传感器短路和传感器断开分别对应第一频率范围、第二频率范围和第三频率范围，第三频率范围的最小值大于第一频率范围的最大值，第一频率范围的最小值大于第二频率范围的最大值。

图4A为本实用新型一示例实施例提供的传感器断开时传感器检测电路的输出波形示意图，如图4A所示，传感器断开时，传感器检测电路的输出结果：方波频率F＝403HZ，输出电压Vpp＝3.3V。

图4B为本实用新型一示例实施例提供的传感器正常时传感器检测电路的输出波形示意图，如图4B所示，传感器正常连接时，传感器检测电路的输出结果：方波频率F＝362HZ，输出电压Vpp＝3.3V。

图4C为本实用新型一示例实施例提供的传感器短路时传感器检测电路的输出波形示意图，如图4C所示，传感器短路时，传感器检测电路的输出结果：方波频率F＝0HZ，输出电压Vpp＝1.65V。

在一示例中，传感器检测电路可应用到弹性波信号的检测电路中，工作电路可以与产生弹性波信号的弹性波传感器连接，在正常工作情况下，工作电路对弹性波传感器产生的弹性波信号进行处理并放大。在自检状态下，自检使能开关导通，改变工作电路的输出，工作电路输出方波，通过检测方波的频率实现检测弹性波传感器的状态。

本实用新型实施例提供的传感器检测电路，传感器检测电路可将工作电路和自检电路合二为一，在原有的传感器的工作电路部分可增加自检使能开关，通过自检使能开关改变工作电路的输出，既可实现传感器的自检，也可实现传感器正常工作时传感器信号的获取，可去除模拟开关，减少成本，无需额外的自检电路做检测。

图5为本实用新型一示例实施例提供的传感器检测电路的电路原理图，如图5所示，自检使能开关可以包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal OxideSemiconductor，简称MOS管)Q1，工作电路可以包括放大器U1，放大器可以为运算放大器。

MOS管的栅极设置为与处理器连接，接收自检使能信号；MOS管的漏极和源极中的一个与放大器的正向输入端连接，另一个与放大器的输出端连接；MOS管的栅极接收到自检使能信号有效时导通，放大器与容性的传感器形成自激振荡输出方波信号。

在原有的传感器模拟部分增加MOS管Q1，MOS管Q1的栅极与处理器的控制端(控制引脚)连接。正常工作情况下，Q1的栅极接收到的自检使能信号无效，Q1不导通，传感器在有碰撞的时候会产生电荷信号，经过工作电路的放大器放大后输出，输出至处理器。自检状态下，Q1的栅极接收到的自检使能信号有效，Q1导通，放大器与传感器表现出的电容DR形成自激震荡输出方波信号，方波信号的频率与传感器的电容值(传感器的状态)相关，通过检测方波的频率可实现检测传感器的状态。

图6为本实用新型另一示例实施例提供的传感器检测电路的结构框图，如图6所示，自检使能开关电路还可以包括：与MOS管的栅极相连的电压驱动电路13，电压驱动电路设置为将MOS管的栅极的输入电压提升至预设电压，预设电压大于输入电压。

在实际应用中，由处理器提供MOS管的栅极的驱动电压(即MOS管的输入电压)时，处理器只能输出3.3V的电压，不能完全驱动MOS管的栅极。本实施例中，可通过电压驱动电路提高MOS管Q1的驱动电压，比如可将处理器提供的3.3V的电压提高至预设电压5V，可使MOS管可以完全处于导通或者完全关闭的状态。

图7为实用新型另一示例实施例提供的传感器检测电路的电路原理图，如图7所示，电压驱动电路可以包括：第一三极管Q2和第二三极管Q3。

第一三极管的基极接收自检使能信号，第一三极管的发射极和集电极中的一个与第二三极管的基极连接；第二三极管的发射极和集电极中的一个与MOS管的栅极连接。

本实施例中，MOS管Q1的栅极可通过电压驱动电路与处理器的控制端连接，处理器的控制端输出的自检使能信号可通过电压驱动电路传输至MOS管Q1的栅极。

如图7所示，处理器的控制端CK可与第一三极管Q2的基极连接，第一三极管Q2的发射极和集电极中的一个与第二三极管Q3的基极连接，且接入预设电压(比如5V)，另一个接地GND。在一示例中，第一三极管Q2的发射极和集电极中的一个可与电阻R8连接后接入预设电压VCC0，VCC0可以为5V。第一三极管Q2的基极可连接电阻R6后，连接至处理器的控制端CK。

第二三极管Q3的发射极和集电极中的一个与MOS管的栅极连接，另一个接入预设电压。在一示例中，第二三极管Q3与MOS管Q1的栅极连接，且连接端连接电阻R7后接地GND。

本实施例中，在自检使能信号为低电平时，MOS管Q1导通，工作电路输出方波信号。在自检使能信号为高电平时，MOS管Q1不导通，工作电路对传感器产生的电荷信号进行放大等处理后输出。第一三极管Q2和第二三极管Q3可提高MOS管Q1的驱动电压，使MOS管Q1可以处于完全导通或者完全关闭的状态。

在本实用新型一示例实施例中，如图6所示，工作电路还可以包括：两个处理模块14，两个处理模块以差分的形式分别连接到放大器的正向输入端和负向输入端。

每一个处理模块可以包括：调幅模块141和调频模块142，调幅模块与调频模块连接，其中一个处理模块中的调频模块的输出端连接到放大器的正向输入端，另一个处理模块中的调频模块的输出端连接到放大器的负向输入端；两个处理模块的输入端分别作为工作电路的正向输入端和负向输入端，放大器的输出端为工作电路的输出端。

工作电路用于对获取或检测的传感器信号(比如弹性波传感器产生的弹性波信号)进行处理后放大，工作电路还可以包括两个处理模块，两个处理模块以差分的形式连接到放大器，可实现差分放大，抗干扰能力强，采用差分放大的结构，使得电路对外界干扰，尤其是对共模干扰有着较好的抗干扰特性。

工作电路可对获取或检测的传感器信号进行调幅和调频后，再进行放大。可通过调幅模块和调频模块调整信号的增益和幅频特性，提高了电路的复用性和适用场景。

调幅模块可以在电路参数范围内，调节任意的信号增益，大大提高了电路的适用范围和灵活性。调频模块可以在电路参数范围内，有效的调节电路的带宽和中心频点，对信号的针对性提取有非常重要的作用和意义。

在一示例中，两个处理模块的电路结构相同，两个处理模块采用相同的电路结构，可增强抗干扰能力。

在本实用新型一示例实施例中，如图7所示，调频模块可以包括：第一电容C1、第二电容C2和第一电阻R1，第一电容C1和第一电阻R1串联，第二电容C2并联至第一电容C1和第一电阻R1串联后的两端，第一电容和第一电阻的串联端连接至放大器的一个输入端。第一电阻的非串联端连接到放大器的输出端，或者，第一电阻的非串联端与电源的基准源VCC连接，VCC可以为3.3V。

可通过电阻和电容组成调频模块，通过调整电路中的电阻器件和电容器件，能够方便灵活的获得器件参数范围内的带宽、中心频点或幅频特性。可通过改变电路中的电阻和电容的值，单独调整某个参数，比如调整电路的幅频特性，大大提高了电路的复用性和适用场景。

接至放大器的负向输入端的处理模块还与放大器的输出端连接，连接至放大模块的正向输入端的处理模块还用于与电源的基准源连接，可实现两个处理模块的输入端分别作为工作电路的正向输入端和负向输入端，放大模块的输出端作为工作电路的输出端。

在本实用新型一示例实施例中，如图7所示，调幅模块可以包括：第一电阻R1和第二电阻R2，第二电阻R2通过第一电容C1与第一电阻R1连接，其中：第二电阻的一端与第一电容的非串联端连接。

第一电阻R1有多重功能，第一电阻R1可称为共模电阻。第一电阻R1可作为调幅模块和调频模块的共用器件，实现调频和调幅的多重效果，电路性能复用和叠加性高。

通过两个电阻R1和R2可组成调幅模块，通过调整电路中的电阻器件，能够方便灵活的获得器件参数范围内的任意增益特性。可通过改变电路中的电阻和电容的值，单独调整某个参数，比如某个频率下的放大增益，大大提高了电路的复用性和适用场景。

在一示例中，如图7所示，连接在放大器正向输入端的处理电路中，第一电阻的非串联端与电源的基准源VCC连接。

在本实用新型一示例实施例中，每一处理模块还可以包括：滤波模块，滤波模块的输出端与调幅模块连接，滤波模块的输入端作为工作电路的一个输入端。

本实施例中，工作电路可对获取或检测的传感器信号进行滤波、调幅和调频后，再进行放大后输出。

在一示例中，如图7所示，滤波模块可以包括第三电容C3，可通过电容起到滤波效果。

在一示例中，容性传感器与工作电路连接，以及其两端可分别通过一个第四电容C4与地GND连接。

图8为本实用新型另一示例实施例提供的传感器检测装置的结构框图，如图3和图8所示，传感器检测装置可以包括：传感器2、处理器3和任一实施例所示的传感器检测电路1。

处理器的控制端与传感器检测电路的自检使能开关电路连接，处理器在设定自检条件满足时向传感器检测电路输出传感器的自检使能信号；传感器与传感器检测电路的工作电路连接。

处理器可以是微控制单元(Microcontroller Unit，简称MCU)，或者是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)，或者是特定集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)，或者完成实施本实用新型实施例的一个或多个集成电路。

在本实用新型一示例实施例中，传感器可以包括：弹性波传感器。

传感器检测电路可应用到弹性波信号的检测电路中，工作电路可以与产生弹性波信号的弹性波传感器连接，在正常工作情况下(传感器正常工作时)，工作电路对弹性波传感器产生的弹性波信号进行处理并放大，弹性波信号通过工作电路将检测结果输出到处理器。在自检状态下(传感器进行自检时)，自检使能开关导通，改变工作电路的输出，工作电路输出方波，通过检测方波的频率实现检测弹性波传感器的状态。

在本实用新型中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、““口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (10)

1.一种传感器检测电路，其特征在于，包括：工作电路和自检使能开关电路，所述工作电路的输入端设置为与传感器连接，输出端设置为与处理器连接；所述自检使能开关电路包括连接在所述工作电路的输入端和输出端之间的自检使能开关；

所述自检使能开关接收到传感器自检使能信号有效时导通，所述工作电路输出方波信号，所述方波信号的频率与所述传感器的电容值相关；

所述自检使能开关未导通时，所述工作电路输出所述传感器检测到的传感器信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述自检使能开关包括MOS管，所述工作电路包括放大器；

所述MOS管的栅极设置为与所述处理器连接，接收所述自检使能信号；

所述MOS管的漏极和源极中的一个与所述放大器的正向输入端连接，另一个与所述放大器的输出端连接；

所述MOS管的栅极接收到所述自检使能信号有效时导通，所述放大器与容性的所述传感器形成自激振荡输出方波信号。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述自检使能开关电路还包括：与所述MOS管的栅极相连的电压驱动电路。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述电压驱动电路包括：第一三极管和第二三极管；

所述第一三极管的基极接收所述自检使能信号，所述第一三极管的发射极和集电极中的一个与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极和集电极中的一个与所述MOS管的栅极连接。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述工作电路还包括：两个处理模块，两个处理模块以差分的形式分别连接到所述放大器的正向输入端和负向输入端；

每一个处理模块包括：调幅模块和调频模块，调幅模块与调频模块连接，其中一个处理模块中的调频模块的输出端连接到所述放大器的正向输入端，另一个处理模块中的调频模块的输出端连接到所述放大器的负向输入端；

两个处理模块的输入端分别作为所述工作电路的正向输入端和负向输入端，所述放大器的输出端为所述工作电路的输出端。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述调频模块包括：第一电容、第二电容和第一电阻，所述第一电容和所述第一电阻串联，所述第二电容并联至所述第一电容和所述第一电阻串联后的两端，所述第一电容和所述第一电阻的串联端连接至所述放大器的一个输入端；

所述第一电阻的非串联端连接到所述放大器的输出端，或者，所述第一电阻的非串联端与电源的基准源连接。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述调幅模块包括：所述第一电阻和第二电阻，所述第二电阻通过所述第一电容与所述第一电阻连接，其中：

所述第二电阻的一端与所述第一电容的非串联端连接。

8.根据权利要求5-7任一项所述的电路，其特征在于，每一处理模块还包括：滤波模块，所述滤波模块的输出端与所述调幅模块连接，所述滤波模块的输入端作为所述工作电路的一个输入端。

9.一种传感器检测装置，其特征在于，包括：传感器、处理器和如权利要求1-8任一项所述的传感器检测电路；

所述处理器的控制端与所述传感器检测电路的自检使能开关电路连接，所述处理器在设定自检条件满足时向所述传感器检测电路输出所述传感器的自检使能信号；

所述传感器与所述传感器检测电路的工作电路连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述传感器包括：弹性波传感器。

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