專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，具體涉及一種適用于多種傳感器 的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的煤礦用于檢測(cè)連續(xù)物理量的傳感器多采用頻率輸出形式，頻率輸出制 式常有1000Hz、2000Hz、5000Hz等多種，這些傳感器包含瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌⒇?fù)壓(壓力)傳 感器、風(fēng)速傳感器、液位傳感器、物位儀、溫度傳感器、一氧化碳傳感器以及其余以頻率作為 數(shù)據(jù)傳輸手段的智能設(shè)備。對(duì)于頻率輸出傳感器，系統(tǒng)為了獲取傳感器測(cè)量參數(shù)的大小，在后續(xù)階段采用兩 種方式進(jìn)行傳感器信號(hào)后續(xù)處理1)直接獲取傳感器輸出頻率信號(hào)，即對(duì)頻率輸出傳感器 需要進(jìn)行脈沖整形、CPU軟件計(jì)數(shù)或者頻率轉(zhuǎn)模擬、模擬采樣等處理；不僅加重了傳感器后 續(xù)信號(hào)處理硬件成本，也加重了 CPU的負(fù)擔(dān)，降低了檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。2)利用傳感器 輸出頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，將傳感器輸出的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為易處理的電壓信號(hào)，再進(jìn)行傳感 信號(hào)的后續(xù)處理，由于電壓信號(hào)較頻率信號(hào)的處理對(duì)電路精度、硬件設(shè)備要求較低，因此這 是目前普遍采用的一種方式；但現(xiàn)有技術(shù)的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路存在電路形式單一、一個(gè)電 路設(shè)計(jì)只針對(duì)一個(gè)頻率段的一種類(lèi)型傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)，并且電路的頻率轉(zhuǎn)化范圍固 定不可調(diào)。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于多種傳感器的頻率 電壓轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)調(diào)節(jié)電路中的頻率適配控制器，實(shí)現(xiàn)了在不改變電路組件的情況下，在 同一電路設(shè)計(jì)中可同時(shí)容納不同頻段的不同類(lèi)型傳感器進(jìn)行頻率電壓轉(zhuǎn)換。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路， 包括頻率適配控制器和頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的充電泵輸出電阻端連接有 可調(diào)電阻；頻率適配控制器包括頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊和步進(jìn)器，頻率檔信號(hào)輸入頻率檔步 進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為步進(jìn)控制信號(hào)輸出至步進(jìn)器，步進(jìn)器步進(jìn)控 制端與可調(diào)電阻的電阻調(diào)節(jié)端連接。進(jìn)一步，可調(diào)電阻為滑動(dòng)觸點(diǎn)式可調(diào)電阻，步進(jìn)器步進(jìn)控制端與可調(diào)電阻的滑動(dòng) 觸點(diǎn)連接；進(jìn)一步，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊為L(zhǎng)M2917芯片；進(jìn)一步，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的傳感器頻率輸入端連接有光耦隔離電路；光耦隔離 電路包括光耦合器、直流電源、頻率信號(hào)輸出承載電阻；光耦合器包括發(fā)光二極管和光敏三 極管，發(fā)光二極管與輸入頻率信號(hào)端連接，光敏三極管的光敏部對(duì)向發(fā)光二級(jí)管發(fā)光部，光 敏三極管的集電極連接直流電源，光敏三極管的發(fā)射極連接頻率信號(hào)輸出承載電阻，頻率 電壓轉(zhuǎn)換模塊的頻率信號(hào)輸入端與光敏三極管的發(fā)射極連接。[0009]本實(shí)用新型的有益效果是在不改變電路組件的情況下，通過(guò)調(diào)整與頻率電壓轉(zhuǎn) 換模塊的充電泵輸出電阻端連接的可調(diào)電阻，實(shí)現(xiàn)不同檔頻率在同一頻率電壓轉(zhuǎn)換電路中 的頻率電壓轉(zhuǎn)換；在頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊中通過(guò)存儲(chǔ)頻率檔/步進(jìn)數(shù)對(duì)應(yīng)表，實(shí)現(xiàn)了不同 檔頻率電壓轉(zhuǎn)換的自動(dòng)切換；在頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的頻率信號(hào)輸入端連接有光耦隔離電 路，排除了頻率電壓轉(zhuǎn)換電路中本安電源的安裝，提高的轉(zhuǎn)換電路的安全性。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用 新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述圖1示出了頻率電壓轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)；圖2示出了頻率適配控制器結(jié)構(gòu)；圖3示出了光耦隔離電路結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
以下將對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地描述。如圖1所示，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路包括頻率適配控制器和頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊U4，頻 率電壓轉(zhuǎn)換模塊采用LM2917芯片，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的充電泵輸出電阻端即LM2917的第 3引腳連接有可調(diào)電阻R1,頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的充電泵定時(shí)電容端即LM2917的第2引腳接 電容C1，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的直流電源輸入端即LM2917的第8引腳連接直流電源V。。，頻率 電壓轉(zhuǎn)換模塊的增益常數(shù)為K ；此外，積分電容C2與可調(diào)電阻R1并聯(lián)；直流電源V。。經(jīng)過(guò)分壓電阻R4、二極管LED 分壓后，向頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的比較器的反相輸入端即LM2917的第11引腳提供參考電壓； 直流電源V。。通過(guò)限流電阻R3向頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的內(nèi)部穩(wěn)壓管限流輸入端即LM2917的第 9引腳提供穩(wěn)定電流；頻率信號(hào)自頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的頻率輸入端即LM2917的第1引腳輸 入頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換獲得的電壓信號(hào)從電壓輸出端即LM2917的第5引腳輸出， 電壓輸出端即LM2917的第5引腳串聯(lián)有負(fù)載電阻R2 ；頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的運(yùn)算放大器負(fù) 輸入端I0與電壓輸出端即LM2917的第5連接，采用運(yùn)放跟隨方式，減小輸出阻抗。如圖3所示，頻率電壓轉(zhuǎn)換電路還包括光耦隔離電路，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊U4的傳 感器頻率信號(hào)輸入端F。ut連接有光耦隔離電路；光耦隔離電路包括光耦合器U1、直流電源 Vcl、頻率信號(hào)輸出承載電阻；傳感器頻率信號(hào)從光耦合器U4的發(fā)光二極管輸入，發(fā)光二極 管發(fā)光導(dǎo)通的光敏三極管，光敏三極管的集電極連接直流電源Vel，光敏三極管的發(fā)射極連 接頻率信號(hào)輸出承載電阻，輸出頻率信號(hào)從光敏三極管的發(fā)射極輸出。由于光電隔離的高 耐壓使得光耦具有很好的隔離效果，光耦輸出側(cè)不需要本安電源，光耦光敏二極管利用頻 率信號(hào)的電流打通，也不需要本安電源，提高了本頻率轉(zhuǎn)換電路的安全性。如圖2所示，頻率適配控制器包括頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M和步進(jìn)器S,撥碼開(kāi)關(guān)B 撥動(dòng)產(chǎn)生頻率檔信號(hào)輸入頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M,頻率檔信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M 查表頻率檔數(shù)/步進(jìn)數(shù)對(duì)表，并轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的步進(jìn)數(shù)，轉(zhuǎn)換后的步進(jìn)數(shù)被封裝入步進(jìn)控制 信號(hào)，頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M將步進(jìn)控制信號(hào)輸出至步進(jìn)器S ；步進(jìn)器S的步進(jìn)控制端控制可調(diào)電阻Rl的滑動(dòng)觸點(diǎn)來(lái)控制可調(diào)電阻Rl大小。[0020]多檔頻率電壓轉(zhuǎn)換思想圖1所示頻率電壓轉(zhuǎn)換電路輸入頻率信號(hào)大小f。ut和輸出電壓信號(hào)大小V。滿(mǎn)足如 下關(guān)系V0 = Vcc^utC1R1K在不改變頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊U4外圍硬件的情況下，即電容C1，直流電源V。。和電阻 R1不改變時(shí)，輸入頻率與輸出電壓成正比關(guān)系，不同輸入頻率可以對(duì)應(yīng)不同輸出電壓；但由 于輸出電壓受直流電源V。。的限制，有固定的取值范圍，所以在不改變外圍硬件的情況下， 電路只能實(shí)現(xiàn)一定頻率范圍內(nèi)的頻率到電壓轉(zhuǎn)換。為了實(shí)現(xiàn)多檔較大范圍頻率到電壓轉(zhuǎn)換，將電阻R1改變?yōu)榭烧{(diào)電阻，在不同的阻 值下，輸出電壓V。在固定取值范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)不同輸入頻率的范圍，實(shí)現(xiàn)多頻率檔的頻率電壓 轉(zhuǎn)換。因此，要在同一電路中，將電路切換為適應(yīng)不同頻率檔的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，就要 知道不同頻率檔數(shù)與電阻R1對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在頻率檔切換后，自動(dòng)調(diào)節(jié)電阻為適應(yīng)的大小。以傳感器輸出頻率檔為0-1Κ、0-2Κ和0-5Κ時(shí)，在本電路中的頻率電壓轉(zhuǎn)換為例， 多檔頻率到電壓的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法步驟為1)根據(jù)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換關(guān)系V。= Vc^ftjutC1R1K有5v = VccC1R11KXIOOO5v = VccC1R12K X 20005ν = VccC1R13KXSOOO其中，Vcc為頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊直流電源端所連接的直流電源的電壓值，C1為頻率 電壓轉(zhuǎn)換模塊充電泵定時(shí)電容端接的定時(shí)電容的電容值，&至4為各頻率檔信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻 率上限值，為fi = 1000, f2 = 2000, f3 = 5000 ；Vmax為頻率電壓轉(zhuǎn)換電路輸出電壓最大值， 為= 5v ；R11至R13分別對(duì)應(yīng)第一檔到第3檔頻率信號(hào)按正比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)時(shí)， 可調(diào)電阻應(yīng)該被控制調(diào)節(jié)到的電阻值；K為頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的增益常數(shù)2)通過(guò) 1)記錄下 R11, R12，R13 的值；3)對(duì)于i檔頻率，控制步進(jìn)器將可調(diào)電阻R1從0調(diào)節(jié)到Rli (i = 1. . . W，W = 3為 頻率檔總數(shù))，并記錄步進(jìn)數(shù)，將步進(jìn)數(shù)與i檔檔數(shù)成對(duì)存儲(chǔ)至頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊；5)在頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊中記錄下所有檔次頻率的檔次數(shù)/步進(jìn)數(shù)對(duì)；6)頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M接收頻率檔信號(hào)，從頻率檔信號(hào)中獲取頻率檔數(shù)；7)頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊M獲取該頻率檔數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率檔數(shù)和步進(jìn)數(shù)對(duì)，將步進(jìn)數(shù) 裝入步進(jìn)控制信號(hào)輸出至步進(jìn)器S ；8)步進(jìn)器S根據(jù)步進(jìn)控制信號(hào)，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rl滑動(dòng)觸點(diǎn)步進(jìn)移動(dòng)。本發(fā)明公開(kāi)的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路及多檔頻率電壓轉(zhuǎn)換方法適用于煤礦設(shè)備的頻 率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，也可用于石化、燃?xì)獾葘?duì)電器設(shè)備有防爆要求的場(chǎng)合。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選并不用于限制本實(shí)用新型，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù) 人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘 若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本 實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于包括頻率適配控制器和頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的充電泵輸出電阻端連接有可調(diào)電阻；頻率適配控制器包括頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊和步進(jìn)器，頻率檔信號(hào)輸入頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過(guò)頻率檔步進(jìn)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為步進(jìn)控制信號(hào)輸出至步進(jìn)器，步進(jìn)器步進(jìn)控制端與可調(diào)電阻的電阻調(diào)節(jié)端連接。
2.如權(quán)利要求2所述的一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于可 調(diào)電阻為滑動(dòng)觸點(diǎn)式可調(diào)電阻，步進(jìn)器步進(jìn)控制端與可調(diào)電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于頻 率電壓轉(zhuǎn)換模塊為L(zhǎng)M2917芯片。
4.如權(quán)利要求3所述的一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，其特征在于頻 率電壓轉(zhuǎn)換模塊的傳感器頻率輸入端連接有光耦隔離電路；光耦隔離電路包括光耦合器、 直流電源、頻率信號(hào)輸出承載電阻；光耦合器包括發(fā)光二極管和光敏三極管，發(fā)光二極管與 輸入頻率信號(hào)端連接，光敏三極管的光敏部對(duì)向發(fā)光二級(jí)管發(fā)光部，光敏三極管的集電極 連接直流電源，光敏三極管的發(fā)射極連接頻率信號(hào)輸出承載電阻，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的頻 率信號(hào)輸入端與光敏三極管的發(fā)射極連接。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種適用于多種傳感器的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，包括頻率適配控制器和頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊，頻率電壓轉(zhuǎn)換模塊的充電泵輸出電阻端連接有可調(diào)電阻，頻率適配控制器的步進(jìn)控制端與可調(diào)電阻的滑動(dòng)觸點(diǎn)連接；頻率適配控制器包括一頻率檔信號(hào)輸入端，頻率檔信號(hào)從頻率檔信號(hào)輸入端輸入頻率適配控制器，經(jīng)過(guò)頻率適配控制器轉(zhuǎn)化為步進(jìn)控制信號(hào)控制頻率適配控制器的步進(jìn)控制端調(diào)節(jié)可調(diào)電阻；在多檔頻率電壓轉(zhuǎn)換中，通過(guò)在頻率適配控制器中建立頻率檔/步進(jìn)數(shù)對(duì)表，使得頻率檔變化時(shí)，頻率適配控制器通過(guò)查找對(duì)應(yīng)的步進(jìn)數(shù)便可驅(qū)動(dòng)可調(diào)電阻變化實(shí)現(xiàn)了多檔頻率在同一電路中的頻率至電壓轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)H02M3/16GK201742295SQ20102024350
公開(kāi)日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者安文斗, 李直霖, 王開(kāi)云, 鄭磊 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院