專利名稱：新型電渦流傳感器的線性修正電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電渦流傳感器的線性修正電路。
技術(shù)背景眾所周知，電渦流傳感器作為非接觸式測(cè)量?jī)x器，已廣泛應(yīng)用在位移的測(cè)量上。電渦流 傳感器應(yīng)用在位移測(cè)量場(chǎng)合中，經(jīng)感應(yīng)線圈和振蕩器感應(yīng)到的待測(cè)位移信號(hào)d將被轉(zhuǎn)換為電 壓信號(hào)V。在一定的位移范圍內(nèi)，電壓信號(hào)V隨位移信號(hào)d的變化而線性變化。但實(shí)踐表明， 在待測(cè)位移超出一定范圍后，電壓信號(hào)V隨位移信號(hào)d的變化將不再是線性的，而是呈曲線 關(guān)系。當(dāng)位移增大到一定程度時(shí)，電壓信號(hào)V隨位移信號(hào)d的變化呈近似對(duì)數(shù)關(guān)系，即傳感 器的測(cè)量范圍遠(yuǎn)段變成了非線性的；當(dāng)位移減小到一定程度時(shí)，即傳感器接近感應(yīng)鐵片時(shí)， 電壓信號(hào)V隨位移信號(hào)d的變化呈近似指數(shù)關(guān)系，即傳感器的測(cè)量范圍近段也變成了非線性 的。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種電渦流傳感器的線性修正電路，擴(kuò)大傳感器 的線性測(cè)量范圍。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下線性修正電路包括運(yùn)放電壓跟隨器及線 性修正單元；其中線性修正單元包括串接在運(yùn)放電壓跟隨器輸出端與反相輸入端之間的修正 負(fù)載，以及設(shè)置在運(yùn)放電壓跟隨器反相輸入端的負(fù)載控制單元；當(dāng)跟隨器輸出電壓在預(yù)設(shè)修 正范圍之內(nèi)時(shí)，負(fù)載控制單元導(dǎo)通并在修正負(fù)載上產(chǎn)生壓降。修正負(fù)載上的壓降即為線性修 正量。當(dāng)需要對(duì)大位移測(cè)量值進(jìn)行修正時(shí)，所產(chǎn)生的壓降為正數(shù)；當(dāng)需要對(duì)小位移測(cè)量值進(jìn) 行修正時(shí)，所產(chǎn)生的壓降為負(fù)數(shù)。進(jìn)一步地，所述負(fù)載控制單元設(shè)有開啟控制端；所述線性修正單元進(jìn)一步包括連接在開 啟控制端的修正范圍調(diào)節(jié)單元；開啟控制端電位為所述預(yù)設(shè)修正范圍的端點(diǎn)，且由修正范圍 調(diào)節(jié)單元設(shè)置。通過對(duì)修正范圍調(diào)節(jié)單元操作，可以靈活地根據(jù)實(shí)際要求，調(diào)整本實(shí)用新型 的線性修正起點(diǎn)。所述修正范圍調(diào)節(jié)單元優(yōu)選與開啟控制端連接的可調(diào)電壓源。修正范圍條件單元還可以 是包括固定電壓源及相串聯(lián)的可調(diào)分壓電阻的電路結(jié)構(gòu)，其中開啟控制端與可調(diào)分壓電阻的 串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接。所述負(fù)載控制單元包括電壓比較器及串聯(lián)在該電壓比較器輸出端的三極管放大電路；電壓比較器的第一輸入端與運(yùn)放電壓跟隨器的反相輸入端連接，第二輸入端的電位為預(yù)設(shè)修正 范圍的端值；三極管放大電路的輸出端與修正負(fù)載連接。三極管放大電路不但可以作為修正 負(fù)載的通、斷電控制電路，其輸出特性曲線正好與位移測(cè)量電壓信號(hào)隨位移信號(hào)的變化曲線 成近似的倒數(shù)關(guān)系，從而對(duì)非線性測(cè)量范圍進(jìn)行了吻合的線性修正。本實(shí)用新型利用晶體三極管在一定范圍內(nèi)集電極電流Ie隨電壓Vbe按指數(shù)規(guī)律變化的特點(diǎn)，對(duì)電渦流傳感器的電壓信號(hào)隨位移信號(hào)d呈對(duì)數(shù)關(guān)系或指數(shù)關(guān)系變化的部分進(jìn)行電壓相加或相減的修正，修正后的輸出電壓V。的線性范圍增大。此外，運(yùn)算放大器UiA同時(shí)還是電壓跟隨器，起到輸出緩沖的作用，進(jìn)而使本實(shí)用新型巧妙地把線性修正和輸出緩沖合二為一。

圖1為電渦流傳感器的電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實(shí)用新型的電路圖；圖3為電渦流傳感器的小位移測(cè)量經(jīng)線性修正前后的輸出特性曲線。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型設(shè)置在電渦流傳感器若干級(jí)信號(hào)處理電路的最后一級(jí)，電渦流 傳感器的輸出為經(jīng)其線性修正后的電壓信號(hào)。如圖2所示，本實(shí)用新型的線性修正電路包括運(yùn)放電壓跟隨器U,A及線性修正單元。所 述線性修正單元包括修正負(fù)載R6、負(fù)載控制單元、修正范圍調(diào)節(jié)單元、修正量調(diào)節(jié)單元。其 中修正負(fù)載R6串接在運(yùn)放電壓跟隨器U,A輸出端與反相輸入端之間。當(dāng)跟隨器輸出電壓在預(yù) 設(shè)修正范圍之內(nèi)時(shí)，負(fù)載控制單元導(dǎo)通并在修正負(fù)載上產(chǎn)生壓降。負(fù)載控制單元設(shè)置在運(yùn)放電壓跟隨器"A反相輸入端，主要包括電壓比較器U出及串聯(lián) 在電壓比較器Um輸出端的三極管放大電路。電壓比較器UlB的第一輸入端與運(yùn)放電壓跟隨器U!A的反相輸入端連接，第二輸入端的電位為預(yù)設(shè)修正范圍的端點(diǎn)。三極管放大電路為共射放大電路，三極管Q5的集電極作為放大電路的輸出端與運(yùn)放電壓跟隨器U)A的反相輸入端連接，即與修正負(fù)載R6的一端連接。三極管Q5的基極與電壓比較器的輸出端之間設(shè)有偏置電阻R,6，發(fā)射極與基極之間設(shè)有偏置電阻Rn。電壓比較器U,B的第二輸入端與輸出端之間串聯(lián)電阻R22，電阻R22與電阻R46構(gòu)成本實(shí)用新型的修正量調(diào)節(jié)單元。改變電阻R!6、 R22的阻值及其比例，可調(diào)控共射三極管Qs具體工作吋的放大范圍，從而調(diào)節(jié)修正量。所述線性修正單元進(jìn)一步包括修正范圍調(diào)節(jié)單元。電壓比較器的第二輸入端構(gòu)成本實(shí)施 例中負(fù)載控制單元的開啟控制端，開啟控制端電位就是預(yù)設(shè)修正范圍的端值。在開啟控制端 上連接修正范圍調(diào)節(jié)單元可以設(shè)置使電壓比較器輸出低電平信號(hào)的檢波電壓范圍，從而讓三極管放大電路導(dǎo)通，在修正負(fù)載上產(chǎn)生修正電壓。修正范圍調(diào)節(jié)單元可以是與開啟控制端連 接的可調(diào)電壓源；也可以是包括8V固定電壓源及相串聯(lián)的可調(diào)分壓電阻R20、 1121的電路結(jié) 構(gòu)，如圖2所示?？烧{(diào)分壓電阻R20、 1121的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與電壓比較器的第二輸入端連接，串聯(lián) 節(jié)點(diǎn)處的電壓Va即為圖3所示輸出特性曲線中的預(yù)設(shè)修正范圍的一個(gè)端值，也就是圖3中a 點(diǎn)的檢波電壓。為了使修正電路不受溫度變化的影響，三極管Q5的發(fā)射極與基極之間串聯(lián)溫度修正單元，在本實(shí)施例中，溫度修正單元選用集電極與基極短接的三極管q4。為了避免電壓比較器進(jìn)入飽和狀態(tài)而影響頻率特性，電壓比較器的第二輸入端與輸出端之間串聯(lián)穩(wěn)壓二極管DZ1。本實(shí)施例主要針對(duì)電渦流傳感器測(cè)量范圍的近段(即圖3所示曲線中，距離d接近O的 一端)進(jìn)行線性修正，檢波電壓Vz與三極管q5在修正負(fù)載上產(chǎn)生的壓降之差為修正后的輸 出電壓Vo，傳感器修正前后的輸出特性曲線如圖3所示。本實(shí)用新型利用晶體三極管AIc/ A Vbe隨Ic增大而增長(zhǎng)的特點(diǎn)，對(duì)檢波電壓Vz進(jìn)行修正的具體原理為電路中利用運(yùn)算放大器U!b對(duì)檢波電壓和修正范圍端值進(jìn)行比較，從而控制共射三極管 放大電路的開啟與關(guān)閉；把電阻R加和R2i的分壓值Va設(shè)置成圖3曲線中a點(diǎn)(開始出現(xiàn)非 線性處)電壓。在線性段，電壓Vz大于Va，電壓比較器U出輸出高電平使修正晶體管Q5 截止而無修正作用(Vo=Vz)。當(dāng)Vz減小至接近Va時(shí)，電壓比較器的輸出Vo2開始下降， 電阻Ri6與Rn的分壓開始使Qs導(dǎo)通而產(chǎn)生Ic5。 Ic5在R6上的壓降即為修正電壓，即輸出電 壓Vo-檢波電壓Vz—修正電壓VR6，從而使VcXVz 。隨著Vz繼續(xù)減小，Ic5相應(yīng)增大而將VZ修正為線性的輸出電壓VO 。另外，電阻1116和R22決定修正量；DZ1起鉗位作用，避免 U!b進(jìn)入飽和狀態(tài)而影響頻率特性；q4對(duì)q5起溫度補(bǔ)償作用，令修正電路不受溫度變化的影響。將圖2所示實(shí)施例稍作修改，使三極管放大電路的輸出電流在修正負(fù)載R6上產(chǎn)生的壓降， 等于輸出電壓Vo與檢波電壓Vz的差時(shí)，即檢波電壓V^輸出電壓Vo+修正電壓VR6時(shí)，并 且調(diào)節(jié)Va使其等于大位移測(cè)量時(shí)開始出現(xiàn)非線性處的電壓，就可以對(duì)電渦流傳感器的大位移 測(cè)量進(jìn)行線性修正。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在本實(shí)用新型及本實(shí)用新型之前的技術(shù)的教導(dǎo) 下，無須付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可得出前述用于傳感器測(cè)量范圍遠(yuǎn)段(即圖3所示曲線中，距離 d遠(yuǎn)離0的一端)的線性修正電路。
權(quán)利要求1.新型電渦流傳感器的線性修正電路，其特征在于包括運(yùn)放電壓跟隨器及線性修正單元；其中線性修正單元包括串接在運(yùn)放電壓跟隨器輸出端與反相輸入端之間的修正負(fù)載，以及設(shè)置在運(yùn)放電壓跟隨器反相輸入端的負(fù)載控制單元；當(dāng)跟隨器輸出電壓在預(yù)設(shè)修正范圍之內(nèi)時(shí)，負(fù)載控制單元導(dǎo)通并在修正負(fù)載上產(chǎn)生壓降。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的線性修正電路，其特征在于所述負(fù)載控制單元設(shè)有開啟控制 端；所述線性修正單元進(jìn)一步包括連接在開啟控制端的修正范圍調(diào)節(jié)單元；開啟控制端電位 為所述預(yù)設(shè)修正范圍的端值，且由修正范圍調(diào)節(jié)單元設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的線性修正電路，其特征在于所述修正范圍調(diào)節(jié)單元為與開啟 控制端連接的可調(diào)電壓源；或包括固定電壓源及相串聯(lián)的可調(diào)分壓電阻，所述開啟控制端與 可調(diào)分壓電阻的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的線性修正電路，其特征在于所述負(fù)載控制單元包括 電壓比較器及串聯(lián)在該電壓比較器輸出端的三極管放大電路；電壓比較器的第一輸入端與運(yùn) 放電壓跟隨器的反相輸入端連接，第二輸入端的電位為預(yù)設(shè)修正范圍的端點(diǎn)；三極管放大電 路的輸出端與修正負(fù)載連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性修正電路，其特征在于所述三極管放大電路為共射放大 電路，集電極輸出端與運(yùn)放電壓跟隨器的反相輸入端連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的線性修正電路，其特征在于所述共射放大電路的三極管發(fā)射 極與基極之間串聯(lián)溫度修正單元。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的線性修正電路，其特征在于所述溫度修正單元為集電極與基 極短接的三極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的線性修正電路，其特征在于線性修正電路還包括修正量調(diào)節(jié)單元，其包括相串聯(lián)的電阻R16、 R22;修正量調(diào)節(jié)單元的兩端分別與電壓比較器的第二輸入端、共射放大電路的三極管基極連接，電阻Rw、 R22串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與電壓比較器的輸出端連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的線性修正電路，其特征在于所述電壓比較器的第二輸入端與輸出端之間串聯(lián)穩(wěn)壓二極管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電渦流傳感器的線性修正電路，包括運(yùn)放電壓跟隨器及線性修正單元；其中線性修正單元包括串接在運(yùn)放電壓跟隨器輸出端與反相輸入端之間的修正負(fù)載，以及設(shè)置在運(yùn)放電壓跟隨器反相輸入端的負(fù)載控制單元；當(dāng)跟隨器輸出電壓在預(yù)設(shè)修正范圍之內(nèi)時(shí)，負(fù)載控制單元導(dǎo)通并在修正負(fù)載上產(chǎn)生壓降。本實(shí)用新型對(duì)電渦流傳感器的電壓信號(hào)隨位移信號(hào)d呈曲線關(guān)系變化的部分進(jìn)行修正，修正后的輸出電壓V_o的線性范圍增大。
文檔編號(hào)G01B7/02GK201302445SQ20082020396
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者羅福恒 申請(qǐng)人:羅福恒