CN114019432A - 一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及*** - Google Patents

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杨振荣
赵惠洁
姜世玲
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Abstract

本发明公开了一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***，方法包括：将来自于磁阻传感器的交流正弦且幅值与频率呈正相关的信号进行滤波处理后分为两路；一路进行直流电压抬升处理后经电压比较器与设定比较电平进行比较，比较结果经光耦隔离后送至MCU进行开路检测；另一路进行程控放大和整形后经光耦隔离送至MCU进行转速信号采集。***包括滤波电路、转速信号采集电路、开路检测电路和MCU电路；转速信号采集电路包括程控放大电路、比较电路、三极管开关电路和隔离电路；滤波电路输入端接磁阻传感器输出端，滤波电路输出端同时连接转速信号采集电路输入端和开路检测电路输入端。实现了对***与磁阻传感器连接状态的检测。

Description

一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***
技术领域
本发明属于信号采集处理技术领域，具体涉及一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***。
背景技术
目前，大型旋转设备的应用越来越广泛，尤其是在工业领域，发挥着不可替代的作用。在大型工业旋转设备应用领域，转速测量一直是非常重要的技术。准确可靠的转速测量对于工业设备工况监测和控制具有至关重要的作用。在大型工业旋转设备运转过程中，设备的任何故障都可能造成非常严重的后果，严重影响生产安全，甚至危害工作人员的生命安全。常规的转速检测技术大多仅仅只是采样转速信号，并不对传输线路故障进行判断，存在隐藏风险，因此发明一种能够同时检测输入传输通路故障的转速信号采集技术就显得很有必要，而且具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法，所述方法包括：
将来自于磁阻传感器的交流正弦且幅值与频率呈正相关的信号进行滤波处理后分为两路；一路进行直流电压抬升处理后经电压比较器与设定比较电平进行比较，比较结果经光耦隔离后送至MCU进行开路检测；另一路进行程控放大和整形后经光耦隔离送至MCU进行转速信号采集。
一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，所述***包括滤波电路、转速信号采集电路、开路检测电路和MCU电路；
所述转速信号采集电路包括程控放大电路、比较电路、三极管开关电路和隔离电路；
所述滤波电路输入端接磁阻传感器输出端，所述滤波电路输出端同时连接转速信号采集电路输入端和开路检测电路输入端，所述转速信号采集电路输出端和开路检测电路输出端都连接MCU电路，所述MCU电路控制转速信号采集电路的程控放大电路的放大倍数。
优选地，所述转速信号采集电路的程控放大电路输入端连接滤波电路输出端，所述程控放大电路的输出端连接比较电路输入端，所述比较电路输出端连接三极管开关输入端，所述三极管开关输出端连接隔离电路输入端，所述隔离电路输出端连接MCU电路输入端。
优选地，所述开路检测电路包括直流电平抬升电路、电压比较器和光耦；
所述电压比较器输入端设置有预设比较电平；
所述直流电平抬升电路输入端连接滤波电路输出端；所述直流电平抬升电路输出端连接电压比较器输入端；所述电压比较器输出端通过光耦隔离后连接至MCU电路。
优选地，所述预设比较电平通过两个分压电阻对外部供电电源正极分压获得，所述电阻分压电压值设定根据磁阻传感器输出信号特征和直流电平抬升电路后电压值确定，满足当***工作正常时，直流电平抬升电路输出电压值高于电阻分压电压值，电压比较器输出高电平；当***与磁阻传感器开路时，直流电平抬升电路输出电压值低于电阻分压电压值，电压比较器输出低电平。
优选地，所述滤波电路包括共模扼流圈和RC带通滤波电路，所述共模扼流圈滤除共模干扰信号后经过RC带通滤波电路滤波后对外输出。
本发明具有以下有益效果：
采用本发明一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***后，通过对***与磁阻传感器连接状态的监测，实现对***开路的实时监控，在大型工业旋转设备开路检测方面的具有重大的作用，实现了对大型工业旋转设备转速进行实时监测的功能。与以往的方法相比，该方法可以更可靠的采集处理磁阻型转速信号，更好地监测设备的工况，对于维护大型旋转设备及生产安全具有重要意义。
附图说明
图1为本发明一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***的***组成示意图；
图2为本发明一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***的开路检测电路组成示意图；
图3为本发明一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***的一个具体实施例电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法，所述方法包括：
将来自于磁阻传感器的交流正弦且幅值与频率呈正相关的信号进行滤波处理后分为两路；一路进行直流电压抬升处理后经电压比较器与设定比较电平进行比较，比较结果经光耦隔离后送至MCU进行开路检测；另一路进行程控放大和整形后经光耦隔离送至MCU进行转速信号采集。
参见图1，一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，所述***包括滤波电路、转速信号采集电路、开路检测电路和MCU电路；
所述转速信号采集电路包括程控放大电路、比较电路、三极管开关电路和隔离电路；
所述滤波电路输入端接磁阻传感器输出端，所述滤波电路输出端同时连接转速信号采集电路输入端和开路检测电路输入端，所述转速信号采集电路输出端和开路检测电路输出端都连接MCU电路，所述MCU电路控制转速信号采集电路的程控放大电路的放大倍数。
具体实施时，所述转速信号采集电路的程控放大电路输入端连接滤波电路输出端，所述程控放大电路的输出端连接比较电路输入端，所述比较电路输出端连接三极管开关输入端，所述三极管开关输出端连接隔离电路输入端，所述隔离电路输出端连接MCU电路输入端。
参见图2，具体实施时，所述开路检测电路包括直流电平抬升电路、电压比较器和光耦；
所述电压比较器输入端设置有预设比较电平；
所述直流电平抬升电路输入端连接滤波电路输出端；所述直流电平抬升电路输出端连接电压比较器输入端；所述电压比较器输出端通过光耦隔离后连接至MCU电路。
具体实施时，所述预设比较电平通过两个分压电阻对外部供电电源正极分压获得，所述电阻分压电压值设定根据磁阻传感器输出信号特征和直流电平抬升电路后电压值确定，满足当***工作正常时，直流电平抬升电路输出电压值高于电阻分压电压值，电压比较器输出高电平；当***与磁阻传感器开路时，直流电平抬升电路输出电压值低于电阻分压电压值，电压比较器输出低电平。
参见图3，具体实施时，所述滤波电路包括共模扼流圈和RC带通滤波电路，所述共模扼流圈滤除共模干扰信号后经过RC带通滤波电路滤波后对外输出。当外部的磁阻型转速信号送至滤波电路输入端，先通过共模扼流线圈和RC带通滤波电路滤波，此时信号为过滤掉干扰的正弦交流信号。
对于转速信号采集电路，滤波电路滤波后的信号输入到由运放和模拟多路选通开关组成的程控放大电路。由于磁阻信号的幅值随频率的升高而增大，故此部分电路通过程序控制增益，由MCU通过转速大小选择不同的放大倍数，通过GAIN1与GAIN2引脚控制。经过放大后的转速信号，输入到电压比较器负端，电压比较器部分构成整形电路，将正弦波转换成脉冲信号。电压比较器的输出再连接至三极管，脉冲信号控制三极管与光耦构成的信号回路的导通关断，最终整形成3.3V标准脉冲波形输入到MCU中。
对于开路检测电路，如图2所示为开路检测电路的原理框图，滤波后的磁阻型转速信号先进行直流分量抬升，再输入到电压比较器正输入端。分压电路的输出连接到电压比较器负端，电压比较器的输出再进一步输出给光耦，光耦隔离后将开路检测信号送至MCU进行开路诊断。
如图3所示的开路检测电路，包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第一比较器D1、第一稳压管Z1、第一扼流线圈L1以及第一光耦E1。
对于直流电平抬升电路部分，第一扼流线圈L1输入磁阻型转速信号M+和M-，第一扼流线圈L1输出A点与第一电阻R1，第三电阻R3，第四电阻R4一端相连且连接到磁阻信号采集处理模块。第一扼流线圈L1输出B点与第二电阻R2一端和第一稳压管Z1阴极相连。第一电阻R1另一端连接VSS，第二电阻R2另一端连接VCC，第一稳压管Z1阳极连接GND，第三电阻R3另一端连接GND。
对于电压比较器电路部分，第四电阻R4另一端与第一电容C1一端相连输入到第一比较器D1正端C点，第一电容C1另一端连接GND。第五电阻R5，第六电阻R6一端相连且输入到第一比较器D1负端D点，第五电阻R5另一端连接VCC，第六电阻R6另一端连接到GND。第一比较器D1上连接VCC，下连接VSS。第七电阻R7一端连接VCC，另一端连接第一比较器D1输出E点。
对于光耦隔离电路部分，第一比较器D1输出E点连接第一光耦E1。
在本实施例中，VCC选择+15V，VSS选择-15V，Z1选择4.7V稳压管，第一比较器Z1选择LM393。第一电阻R1选择300k欧，第三电阻R3选择100k欧，第五电阻R5选择300k欧和第六电阻R6选择5.1k欧。第一光耦E1选择HCPL-181-00A。
如图3所示的开路检测电路，第一扼流线圈L1抑制输入共模干扰。第一电阻R1和第三电阻R3在开路时分压VSS。第二电阻R2起到保护作用。第五电阻R5和第六电阻R6分压VCC，输入第一比较器D1负端电压。第一稳压管Z1在正常情况将直流分量拉升。第四电阻R4和第一电容C1起到RC低通滤波作用。第一比较器D1比较预设值和输入值，以确定是否开路。第七电阻R7将第一比较器D1输出拉高。第一光耦E1隔离干扰，并通过自身开断传递开路检测信号。
正常情况下第一稳压管Z1将B点电压抬升到4.7V并耦合到A点，信号通过由第四电阻R4和第一电容C1组成的RC低通滤波电路，过滤高频干扰。然后输入到第一比较器负端，第一比较器D1将正端4.7V和负端预设电压值0.251V比较，由于第一比较器D1正端电压高于负端预设电压，第一比较器D1输出为正，第一光耦E1通，输出正常信号给MCU。
当发生开路时，B点电压无法耦合到A，此时A点电压为第一电阻R1和第三电阻R3分压VSS为负电压。信号通过由第四电阻R4和第一电容C1组成的RC低通滤波电路，过滤高频干扰。第一比较器D1正端为负电压，负端预设电压值为0.251V，比较后第一比较器D1输出为负，第一光耦E1断，输出开路信号给MCU，进而完成输入信号通路开路的检测。
本发明一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法及***，通过对***与磁阻传感器连接状态的监测，实现对***开路的实时监控，在大型工业旋转设备开路检测方面的具有重大的作用，实现了对大型工业旋转设备转速进行实时监测的功能。与以往的方法相比，该方法可以更可靠的采集处理磁阻型转速信号，更好地监测设备的工况，对于维护大型旋转设备及生产安全具有重要意义。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种带开路检测的磁阻型转速信号采集方法，其特征在于：所述方法包括：
将来自于磁阻传感器的交流正弦且幅值与频率呈正相关的信号进行滤波处理后分为两路；一路进行直流电压抬升处理后经电压比较器与设定比较电平进行比较，比较结果经光耦隔离后送至MCU进行开路检测；另一路进行程控放大和整形后经光耦隔离送至MCU进行转速信号采集。
2.一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，其特征在于：所述***包括滤波电路、转速信号采集电路、开路检测电路和MCU电路；
所述转速信号采集电路包括程控放大电路、比较电路、三极管开关电路和隔离电路；
所述滤波电路输入端接磁阻传感器输出端，所述滤波电路输出端同时连接转速信号采集电路输入端和开路检测电路输入端，所述转速信号采集电路输出端和开路检测电路输出端都连接MCU电路，所述MCU电路控制转速信号采集电路的程控放大电路的放大倍数。
3.根据权利要求2所述的一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，其特征在于：所述转速信号采集电路的程控放大电路输入端连接滤波电路输出端，所述程控放大电路的输出端连接比较电路输入端，所述比较电路输出端连接三极管开关输入端，所述三极管开关输出端连接隔离电路输入端，所述隔离电路输出端连接MCU电路输入端。
4.根据权利要求2所述的一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，其特征在于：所述开路检测电路包括直流电平抬升电路、电压比较器和光耦；
所述电压比较器输入端设置有预设比较电平；
所述直流电平抬升电路输入端连接滤波电路输出端；所述直流电平抬升电路输出端连接电压比较器输入端；所述电压比较器输出端通过光耦隔离后连接至MCU电路。
5.根据权利要求4所述的一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，其特征在于：所述预设比较电平通过两个分压电阻对外部供电电源正极分压获得，所述电阻分压电压值设定根据磁阻传感器输出信号特征和直流电平抬升电路后电压值确定，满足当***工作正常时，直流电平抬升电路输出电压值高于电阻分压电压值，电压比较器输出高电平；当***与磁阻传感器开路时，直流电平抬升电路输出电压值低于电阻分压电压值，电压比较器输出低电平。
6.根据权利要求2所述的一种带开路检测的磁阻型转速信号采集***，其特征在于：所述滤波电路包括共模扼流圈和RC带通滤波电路，所述共模扼流圈滤除共模干扰信号后经过RC带通滤波电路滤波后对外输出。
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