CN211089621U - 一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路 - Google Patents
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Abstract
一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，包括设置在传感器线圈与待测对象之间的感应磁铁，传感器线圈的两端连接比较器的正负两极输入端，比较器正极输入电路或负极输入电路上设有RC滤波电路，且比较器的正极输入端与比较器的输出端通过电路直接连接，并在该连接电路上设置有正反馈电阻R2。本实用新型传感器线圈不与地GND相接，而是与比较器的两个输入端相连，比较器的正极输入端或负极输入端连接的参考电压为固定值，参考电压另外提供，不在0V附近也不在电源附近，远离电源和地线中的干扰。本实用新型整个电路通过单电源即能实现，干扰小，性能好，结构简单，适应性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及信号处理电路，具体涉及一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，适用于如细纱机锭子转速检测中传感器输出的弱小信号转换为数字电平信号。
背景技术
电磁感应传感器以其可靠性高和测量准确的特点，近几年被广泛地应用在细纱机锭子转速检测***中。但为了减小传感器对纺纱的影响，传感器要远离钢丝圈，这使得传感器输出信号非常弱小。对弱小信号的数字化处理是细纱机锭子转速检测***的主要技术之一。由于传感器输出信号弱小，一般要经过多级放大、滤波、最后用比较器数字化，还需要使用双极性电源，造成电路复杂、成本高。另一种方法是使用比较器，如专利CN201320378930.1，比较器的两输入端电压都是相对于地而言的，参考电压只能在信号强度范围内设置门槛以过滤干扰，但信号很小，所以门槛电压也只能很小，使参考电压不能远离0V。以上这两种方案，传感器和信号处理电路在电路原理上都直接与地线相连，容易产生地线干扰。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述现有技术中线圈式电磁感应传感器输出信号弱小，不能可靠转换为数字电平信号的问题，提供一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，整个电路通过单电源即能够实现，干扰小，性能好，结构简单，适应性强。
为了实现上述目的，本实用新型有如下的技术方案：
一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：包括设置在传感器线圈与待测对象之间的感应磁铁，传感器线圈的两端连接比较器的正负两极输入端，比较器的正极输入电路或负极输入电路上设置有RC滤波电路，且比较器的正极输入端与比较器的输出端通过电路直接连接，并在该连接电路上设置有正反馈电阻R2；当比较器的负极输入端加载参考电压Vref时，数字化处理电路构成正向迟滞比较器，当比较器的正极输入端加载参考电压Vref时，数字化处理电路构成反向迟滞比较器。
所述的RC滤波电路包括滤波电阻R1和滤波电容C2，滤波电阻R1串联在比较器的正极输入电路或负极输入电路上，滤波电容C2并联在比较器的正极输入电路与负极输入电路之间；按照传感器线圈到比较器的方向，滤波电容C2连接在滤波电阻R1后方的电路上。
所述的滤波电阻R1包含了传感器线圈的内阻。
所述比较器的正极输入电路和负极输入电路之间连接二级滤波电路，二级滤波电路包括串联在一起的二级滤波电阻R3和二级滤波电容C1，所述二级滤波电路的两端分别连接在滤波电阻R1和滤波电容C2之间的比较器正极输入电路和负极输入电路上。
所述比较器的正极输入电路或负极输入电路上设置跟随器；
跟随器的输出端经过跟随器输出滤波电路再连接至比较器正极输入端，所述的跟随器输出滤波电路包括连接在跟随器输出端与比较器正极输入端之间的跟随器输出电阻R4，以及并联在跟随器输出电路与比较器负极输入电路之间的跟随器输出电容C3。
所述跟随器的正极输入端与RC滤波电路的输出端连接，正反馈电阻R2与跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3存在公共端，将该公共端连接至比较器的正极输入端。
使所述的跟随器输出电容C3连接在跟随器输出端与比较器正极输入端之间，使所述的跟随器输出电阻R4并联在跟随器输出电路与比较器负极输入电路之间。
所述跟随器的正极输入端与RC滤波电路的输出端连接，正反馈电阻R2与跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3存在公共端，将该公共端连接至比较器的正极输入端。
若干个传感器线圈的输出经过同一个多路选择开关连接数字化处理电路。
相较于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果：传感器线圈与待测对象之间设置有感应磁铁，待测对象在感应磁铁附近快速经过时，会引起感应磁铁磁场的变化，从而在传感器线圈内产生感应电动势，传感器线圈不与地GND相接，而是与比较器的两个输入端相连，比较器的正极输入端或者负极输入端连接的参考电压Vref为固定值，参考电压另外提供，不在0V附近，也不在电源附近，其值可选在1/5Vcc到4/5Vcc之间为佳，以远离电源和地线中的干扰。传感器线圈的输出信号很小，只在Vref附近摆动，经RC滤波电路滤波后接入比较器的输入端，作为输入信号，连同滤波电路共同远离电源和地线中的干扰。在反馈电阻的作用下，比较器会成为一种特殊的迟滞比较器，迟滞的基点是Vref。与常规比较器应用电路不同的是，整个处理电路都远离地线和电源的干扰。没有待测对象经过感应磁铁时，传感器线圈没有感应电动势，在滤波电阻和反馈电阻的分压下，比较器正负两极输入端会产生一个偏置电压，使得比较器输出保持在高电平或低电平。当待测对象快速经过感应磁铁的过程中，会引起磁场的变化和恢复，所以传感器线圈会产生类似于一个正弦波周期的电压信号。这个信号将以Vref为基础而摆动，当摆动幅值超过比较器输入端的偏置电压时，比较器输出就会发生跳转。本实用新型因为整个电路功能部分不与电源和地线相连，减少了电源和地线对信号的干扰。比较点以Vref为基点，不需要负电源，整个电路用单电源即可实现，电源简单。通过调整正反馈电阻R2与RC滤波电路中电阻之间的比例以及参考电压Vref的值，可以分别得到需要的门槛电压VH和VL，增强电路的适应性。本实用新型的电路简单，能够大幅降低焊接故障率，使电路的可靠性大为提升。
附图说明
图1本实用新型构成正向迟滞比较器的基本电路结构示意图；
图2本实用新型构成正向迟滞比较器设置两级滤波的电路结构示意图；
图3本实用新型构成正向迟滞比较器设置跟随器电路驱动增强的结构示意图；
图4构成正向迟滞比较器同时设置两级滤波电路和跟随器电路的结构示意图；
图5构成正向迟滞比较器设置跟随器电路反馈电阻后移的结构示意图；
图6构成正向迟滞比较器同时设置两级滤波电路和跟随器电路的反馈电阻后移示意图；
图7若干个传感器线圈经多路选择开关连接比较器的结构示意图；
图8本实用新型电路形成迟滞比较器的输出特性曲线图；
图9本实用新型电路传感器输出信号的数字化处理波形转换图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1，本实用新型的处理电路包括设置在传感器线圈Snr与待测对象之间的感应磁铁，传感器线圈Snr的两端连接比较器的正负两极输入端，比较器的正极输入电路或负极输入电路上设置有RC滤波电路。RC滤波电路包括滤波电阻R1和滤波电容C2，滤波电阻R1串联在比较器的正极输入电路或负极输入电路上，滤波电容C2并联在比较器的正极输入电路与负极输入电路之间；按传感器线圈到比较器的方向，滤波电容C2连接在滤波电阻R1后方的电路上。滤波电阻R1包含传感器线圈的内阻。比较器的正极输入端电路与比较器的输出端之间设有正反馈电阻R2。参考电压Vref可以连接到比较器的负极输入端，形成正向迟滞比较器；参考电压Vref也可以连接到比较器的正极输入端，形成反向迟滞比较器。
参见图2，比较器的正极输入电路和负极输入电路之间可连接这样的二级滤波电路，二级滤波电路包括串联在一起的二级滤波电阻R3和二级滤波电容C1，二级滤波电路的两端连接在滤波电阻R1和滤波电容C2之间的比较器正极输入电路和负极输入电路上。
参见图3-4，在基本电路或者设置两级滤波电路基础上，都可在比较器正极输入电路或负极输入电路之间连接设置跟随器，跟随器后接跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3进行滤波，然后再接比较器的正极输入端。参考电压Vref可以连接到比较器负极输入端，形成正向迟滞比较器；参考电压Vref也可连接到比较器正极输入端，形成反向迟滞比较器。
参见图5-6，跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3的位置也可互换，正反馈电阻R2接入位置也可后移，跟随器正极输入端与RC滤波电路的输出端连接，正反馈电阻R2与跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3具有公共端，公共端连接比较器的正极输入端。
参见图7，本实用新型的处理电路当测量多个传感器线圈时可以经过同一个多路选择开关连接数字化处理电路，采用分时法可依次测量多个物体的平均通过率。在这个电路中，比较器及其之前的所有功能电路，包括多路选择开关和传感器本身，都随Vref而远离电源的地线的干扰，线圈的信号传输过程都是相对于参考电压Vref，可使多路测量电路大大简化。该方案非常适合于细纱机锭子转速测量，可以一组锭子共用一个信号转换电路。
参见图8-9，本实用新型在传感器线圈与待测对象之间设置一块感应磁铁，待测对象在磁铁附近快速经过时，会引起磁铁磁场的变化，从而在传感器线圈内产生感应电动势。首先本实用新型的传感器线圈不与地GND相接，而是线圈两端与比较器的两输入端相连。一端与比较器的负输入端相联，并接到参考电压上，参考电压Vref为固定值，不在0V附近，也不在电源附近，其值可选在1/5Vcc到4/5Vcc之间为佳，以远离电源和地线中的干扰。传感器线圈的另一端输出信号很小，只在参考电压Vref附近摆动，经RC滤波电路的滤波电阻R1、滤波电容C2滤波后直接连接比较器的正输入端，作为输入信号，连同滤波电路共同远离电源和地线中的干扰。在正反馈电阻R2的作用下，本实用新型电路中的比较器会成为一种特殊的迟滞比较器，迟滞的基点是参考电压Vref。与常规比较器应用电路不同的是，整个处理电路都远离地线和电源的干扰。因为正反馈电阻R2的作用，所以没有物体经过磁铁时，线圈没有感应电动势，在电阻R1和R2的分压下，比较器正负端会产生一个偏置电压，使得比较器输出保持在高电平或低电平。当待测对象快速经过磁铁的过程中，会引起磁场的变化和恢复，所以线圈会产生类似于一个正弦波周期的电压信号。这个信号将以Vref为基础而摆动，当摆动幅值超过比较器输入端的偏置电压时，比较器输出就会发生跳转。
本实用新型将传感器线圈产生的感生电压作为输入电压Vin，输入电压Vin是相对于参考电压Vref的，不再相对于地，也就是传感器线圈两边的电压。门槛电压VH、VL也是指当传感器线圈两边的门槛电压，不再相对于地。无信号输出时，Vin＝0，在电阻R2正反馈的作用下，比较器输出保持高或低电平。首先分析比较器输出为高电平时，此时正输入端因电阻R1和R2的分压，使比较器正极输入电压V+高于Vref，要使比较器输出变为低电平，Vin必须下降到小于参考电压Vref一定值，这个值就是下行门槛电压VL＝(VoutH-Vref)*R1/R2。只有传感器输出下降到Vref-Vin＝VL时，比较器正极输入电压V+会突破正反馈电阻R2的作用，此时正极输入电压V+<Vref，Vout会跳变为低电平。之后，比较器由低电平变为高电平的过程与上述类似。因为被测物每经过一次，都会使传感器产生一次类似于一个正弦波的信号，当信号幅值超过两门槛电压时，比较器就会输出一次脉冲信号，本实用新型电路形成迟滞比较器的输出特性曲线如图8所示。相较于以往的线圈式电磁感应传感器输出信号处理电路，本实用新型因为整个电路功能部分不与电源和地线相连，减少了电源和地线对信号的干扰，并且电源简单，比较点以Vref为基点，不需要负电源，整个电路用单电源即可，通过调整反馈电阻R2和滤波电阻R1的比例和Vref的值，可以分别得到需要的门槛电压VH和VL，电路适应性较强，一个信号处理电路即可处理多路传感器的检测，元件用量大为减少，可大幅降低焊接故障率，使电路可靠性大为提升。
以上所述仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对技术方案进行任何限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：包括设置在传感器线圈与待测对象之间的感应磁铁，传感器线圈的两端连接比较器的正负两极输入端，比较器的正极输入电路或负极输入电路上设置有RC滤波电路，且比较器的正极输入端与比较器的输出端通过电路直接连接，并在该连接电路上设置有正反馈电阻R2；当比较器的负极输入端加载参考电压Vref时，数字化处理电路构成正向迟滞比较器，当比较器的正极输入端加载参考电压Vref时，数字化处理电路构成反向迟滞比较器。
2.根据权利要求1所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述的RC滤波电路包括滤波电阻R1和滤波电容C2，滤波电阻R1串联在比较器的正极输入电路或负极输入电路上，滤波电容C2并联在比较器的正极输入电路与负极输入电路之间；按照传感器线圈到比较器的方向，滤波电容C2连接在滤波电阻R1后方的电路上。
3.根据权利要求2所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述的滤波电阻R1包含了传感器线圈的内阻。
4.根据权利要求2所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述比较器的正极输入电路和负极输入电路之间连接二级滤波电路，二级滤波电路包括串联在一起的二级滤波电阻R3和二级滤波电容C1，所述二级滤波电路的两端分别连接在滤波电阻R1和滤波电容C2之间的比较器正极输入电路和负极输入电路上。
5.根据权利要求2或4所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述比较器的正极输入电路或负极输入电路上设置跟随器；
跟随器的输出端经过跟随器输出滤波电路再连接至比较器正极输入端，所述的跟随器输出滤波电路包括连接在跟随器输出端与比较器正极输入端之间的跟随器输出电阻R4，以及并联在跟随器输出电路与比较器负极输入电路之间的跟随器输出电容C3。
6.根据权利要求5所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述跟随器的正极输入端与RC滤波电路的输出端连接，正反馈电阻R2与跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3存在公共端，将该公共端连接至比较器的正极输入端。
7.根据权利要求5所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：使所述的跟随器输出电容C3连接在跟随器输出端与比较器正极输入端之间，使所述的跟随器输出电阻R4并联在跟随器输出电路与比较器负极输入电路之间。
8.根据权利要求7所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：所述跟随器的正极输入端与RC滤波电路的输出端连接，正反馈电阻R2与跟随器输出电阻R4和跟随器输出电容C3存在公共端，将该公共端连接至比较器的正极输入端。
9.根据权利要求1所述线圈式电磁感应传感器输出信号的数字化处理电路，其特征在于：若干个传感器线圈的输出经过同一个多路选择开关连接数字化处理电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN113556107A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-26 | 东莞铭普光磁股份有限公司 | 迟滞可调的比较器电路、数字振荡器电路及电子设备 |
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2019
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