一种新型涡流栅位移传感器测量电路的制作方法

1.本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种新型涡流栅位移传感器测量电路。


背景技术：

2.涡流栅位移传感器由中国专利“防水型电子数显卡尺”(专利申请号03115904.4)提出，其测量电路由传感器线路板上的沿测量轴按一定规律排列的若干平面线圈构成的传感器线圈组(一般有8-16个pcb平面线圈)、高速多选一电路、lc振荡电路、高性能混合信号处理器组成，其中高速多选一电路按特定时序将各个传感器线圈逐一接入lc振荡电路中，产生相应频率的正弦波，再结合高性能混合信号处理器内部强大的模拟信号处理能力，经过其计算处理，最后获得位移数据，如图1所示。
3.现有技术中高速多选一电路可由若干颗带使能端的高速模拟开关多选一芯片并列组成(如图3)，以图3中为例，8个沿测量轴排列的平面线圈需接连至一个八选一芯片，其连接走线的长度和走线的绕线方式必然会存在差异，会影响lc振荡电路的振荡频率，进而影响整个测量电路的测量精度，另外，该多选一芯片多为进口，可选型号少且价格昂贵。现有技术中高速多选一电路也可由多颗高速二选一芯片组成，该芯片可选型号较多且价格便宜，但这些二选一芯片是没有使能端的，由于现有技术中lc振荡电路多为常用的电容三点式振荡电路，如图2所示，传感器线圈的公共接入点(lout)处于振荡电路输出端，振荡电路工作时，公共接入点(lout)的电压峰值高于芯片输出端内含的保护二极管的钳位电压(保护二极管的钳位电压一般为0.7伏)，容易造成该点通过保护二极管向多选一电路中的芯片反向供电，为避免芯片输出端反向供电，电路必须采用多层级联结构(如图4)，这样不仅需要增加芯片用量，还会导致电路更为复杂，同时也会引入过多干扰项影响测量精度，因此，需要对现有的涡流栅位移传感器测量电路进行改进。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新型涡流栅位移传感器测量电路，采用多颗并列的高速二选一芯片组成多选一电路，没有多层级联结构，电路简单。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种新型涡流栅位移传感器测量电路，包括传感器线圈组、高速多选一电路、lc振荡电路、波形转换电路和控制单元；
6.所述高速多选一电路由二选一芯片ic1～icn并列组成；所述二选一芯片ic1～icn输入端分别与所述传感器线圈组中各线圈连接，所述二选一芯片ic1～icn输出端并接共同连接至所述lc振荡电路，所述波形转换电路和所述lc振荡电路连接，所述控制单元和所述波形转换电路连接。
7.其中，所述波形转换电路为输出状态可控的波形转换电路，由带输出控制功能的比较器或逻辑器件构成，所述波形转换电路输入端和所述lc振荡电路连接，所述波形转换电路控制端、输出端分别和所述控制单元连接。
8.其中，所述传感器线圈组包括线圈l1～ln；
9.所述线圈l1～ln一端分别与所述二选一芯片ic1～icn输入端连接，另一端共同接地。
10.其中，所述lc振荡电路包括公共接入点lout、电容c1、高频三极管q1、电容c2、电容c3、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电感l0；
11.所述公共接入点lout和所述二选一芯片ic1～icn输出端连接，所述电容c1一端和所述公共接入点lout连接；所述高频三极管q1基极和所述电容c1连接，所述高频三极管q1集电极和所述波形转换电路输入端连接；所述电容c2一端和所述公共接入点lout连接；所述电容c3一端和所述电容c2一端连接，另一端接地；所述电阻r1一端和所述高频三极管q1基极连接，另一端和所述高频三极管q1集电极连接；所述电阻r2一端和所述高频三极管q1发射极连接，另一端和所述电容c2连接；所述电阻r3一端和所述电阻r2连接，另一端接地；所述电感l0一端和所述高频三极管q1集电极连接，另一端和受控电源端kvcc连接。
12.本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路，所述高速多选一电路由多颗高速二选一模拟开关芯片并列组成，其输入端分别连接传感器线圈组的各个线圈，所有高速二选一芯片的输出端并接输出，所述波形转换电路是输出状态可控的波形转换电路，由带输出控制功能的比较器或逻辑器件构成，本技术采用改进型电容三点式振荡电路，能够使公共接入点(lout)的电压峰值小于二选一芯片输出端的钳位电压，不会对未通电的芯片反向供电，从而避免影响lc振荡电路，本技术采用多颗并列的高速二选一芯片组成高速多选一电路，没有多层级联结构，电路简单。
附图说明
13.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
14.图1是现有的涡流栅位移传感器测量电路的整体结构示意图。
15.图2是现有的高速多选一电路和lc振荡电路的电路图。
16.图3是现有的高速多选一电路采用八选一芯片的电路图。
17.图4是现有的高速多选一电路采用二选一芯片的电路图。
18.图5是本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的整体的结构示意图。
19.图6是本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的一种实施例的电路图。
20.图7是本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的一种实施例的时序图。
21.1-传感器线圈组、2-高速多选一电路、3-lc振荡电路、4-波形转换电路、5-控制单元。
具体实施方式
22.请参阅图1-图7，其中，图1是现有的涡流栅位移传感器测量电路的整体结构示意图，图2是现有的高速多选一电路和lc振荡电路的电路图，图3是现有的高速多选一电路采用八选一芯片的电路图，图4是现有的高速多选一电路采用二选一芯片的电路图，图5是本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的整体的结构示意图，图6是本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的一种实施例的电路图，图7本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路的一种实施例的时序图。
23.本发明提供一种新型涡流栅位移传感器测量电路，包括传感器线圈组1、高速多选一电路2、lc振荡电路3、波形转换电路4和控制单元5；所述传感器线圈组1包括线圈l1～ln；所述高速多选一电路2包括二选一芯片ic1～icn；所述lc振荡电路3包括公共接入点lout、电容c1、高频三极管q1、电容c2、电容c3、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电感l0；通过前述方案能够使公共接入点(lout)的电压峰值小于二选一芯片输出端的钳位电压，不会对未通电的芯片反向供电，从而避免影响lc振荡电路3，本技术采用多颗并列的高速二选一芯片组成高速多选一电路2，没有多层级联结构，电路简单。
24.针对本具体实施方式，所述高速多选一电路2由二选一芯片ic1～icn并列组成；所述二选一芯片ic1～icn输入端分别与所述传感器线圈组1中各线圈连接，所述二选一芯片ic1～icn输出端并接共同连接至所述lc振荡电路3。所述波形转换电路4和所述lc振荡电路3连接，所述控制单元5和所述波形转换电路4连接。本技术的所述高速多选一电路2由若干颗高速二选一芯片ic1、ic2、ic3...icn并列而成，其中，ic1的输入端分别连接传感器线圈l1、l2，其输出端连接至传感器线圈公共接入点(lout)，其二选一控制端连接k0，另有k1连接至其电源端，作为其使能控制端，其余高速二选一芯片也按相同方法连接。二选一芯片没有使能端，在芯片未通电时，其输出端呈现为高阻态，又因为本技术的lc振荡电路3工作时，公共接入点(lout)的电压峰值远远小于二选一芯片输出端的钳位电压，不会对未通电的芯片反向供电，不会影响所述lc振荡电路3，故本多选一电路无需多层级联结构，可直接将二选一芯片的输出端并接在一起连接至公共接入点(lout)，其输入端分别连接传感器线圈组1的各个线圈，各二选一芯片的电源端和选通控制端作为本技术的所述高速多选一电路2的选通控制端，如图6所示。本技术采用改进型电容三点式振荡电路，能够使公共接入点(lout)的电压峰值小于二选一芯片输出端的钳位电压，不会对未通电的芯片反向供电，从而避免影响lc振荡电路3。
25.其中，所述线圈l1～ln一端分别与所述二选一芯片ic1～icn输入端连接，另一端共同接地。所述传感器线圈组1是若干传感器线圈l1、l2、l3...ln，它们按一定的排列规律设置在传感器线路板上，一端共同接地，另一端分别作各传感器线圈的输出端，所述线圈l1～ln输出端分别与所述二选一芯片ic1～icn输入端连接。
26.其次，所述公共接入点lout和所述二选一芯片ic1～icn输出端连接，所述电容c1一端和所述公共接入点lout连接；所述高频三极管q1基极和所述电容c1连接，所述高频三极管q1集电极和所述波形转换电路输入端连接；所述电容c2一端和所述公共接入点lout连接；所述电容c3一端和所述电容c2一端连接，另一端接地；所述电阻r1一端和所述高频三极管q1基极连接，另一端和所述高频三极管q1集电极连接；所述电阻r2一端和所述高频三极管q1发射极连接，另一端和所述电容c2连接；所述电阻r3一端和所述电阻r2连接，另一端接地；所述电感l0一端和所述高频三极管q1集电极连接，另一端和受控电源端kvcc连接。本技术的所述lc振荡电路3采用改进型电容三点式振荡电路，其由高频三极管q1、辅助电感l0、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1、电容c2、电容c3以及公共接入点lout选通连接的传感器线圈l1～ln组成，电路中，kvcc控制振荡电路的启停，公共接入点lout选通连接的传感器线圈l1～ln和电容c2、电容c3构成本lc振荡电路3的选频网络，其微弱的振荡信号经电容c1耦合至高频三极管q1基极，经高频三极管q1放大由u0输出振荡信号。
27.同时，所述波形转换电路4为输出状态可控的波形转换电路，由带输出控制功能的
比较器或逻辑器件构成，所述波形转换电路4输入端和所述lc振荡电路3连接，所述波形转换电路4控制端、输出端分别和所述控制单元5连接。参见图6，图6中所述波形转换电路4采用输出使能元件ic21表示，所述高频三极管q1集电极和所述输出使能元件ic21输入端连接，所述输出使能元件ic21输出端和所述控制单元5连接。本技术采用输出状态可控的波形转换电路4，本电路由输出使能元件ic21构成，其输出使能元件ic21采用带输出控制功能的比较器或逻辑器件(如三态反相器、三态与非门等)，电路的输出状态受控制单元5控制，输出方波信号无延时，可输出指定时长的方波信号，便于控制单元5的计数器准确计数。
28.另外，所述控制单元5可采用普通通用单片机，如51系列单片机、pic系列单片机等，其输出控制信号对上述电路进行控制，并由其内部定时器输出指定时长的波形转换电路4输出控制信号，同时其内部计数器完成对各个传感器线圈产生的不同频率的采集计数，最后经过单片机的计算处理获得位移数据，单片机的控制和计算过程以及所对应的相关单片机程序可采用现有技术，不属于本技术的发明范围，不是本技术所要保护的范围，本技术所要保护的主体是电路。
29.在使用本发明时，所述控制单元5输出控制信号：将高电平加载至一颗二选一芯片电源端，其余二选一芯片电源端设置为低电平，同时设置一个该芯片的选通电平，将相应的传感器线圈接入所述lc振荡电路3，待所述lc振荡电路3产生相应频率的稳定正弦波后，所述控制单元5内定时器输出一段指定时长的脉宽电平，此时波形转换电路4受控输出该指定时长的方波，并由所述控制单元5内计数器对其计数，获得该传感器线圈的频率数值；以此类推，所述控制单元5获取各个传感器线圈的频率数值后，再经过控制单元5的计算处理得到位移数据。
30.为更好的理解本技术，现以一具体实施例进行说明，在本实施例中，所述波形转换电路4的输出使能元件ic21采用三态反相器芯片(ic21)，其中t0连接ic21的输出状态控制引脚端(c)，u0信号进入ic21输入端，ic21输出端输出受控的方波信号t1；所述控制单元5采用通用单片机，单片机型号可选用8051、at89c51、pic16f74、stc89c52等市面上普通单片机，本实施例中选用8051，8051内部定时器连接t0、内部计数器连接t1，其它i/o口连接kvcc、k0、k1、k2、k3...kn。本实施例的运行过程，以下lout中l1选定时段的时序图为例进行详细说明：
31.1.8051单片机设置kvcc为高电平，lc振荡电路3启动；k1为高电平，使能二选一芯片ic1；同时设置k2、k3...kn为低电平，除能其他二选一芯片；k0为高电平，选通传感器线圈l1。
32.2.待u0信号波形频率稳定后，8051单片机开启内部定时器，t0自动输出指定时长的高电平控制信号；同时三态反相器ic21受控，t1输出相应时长的方波信号。
33.3.8051单片机内部计数器自动对t1方波信号计数，该数值为l1的频率数值。
34.4.8051单片机设置各控制信号均为低电平，完成对传感器线圈l1的频率数值的采集。
35.重复上述步骤，按时序获取各个传感器线圈的频率数值，再经过单片机的计算处理得到位移数据。
36.本发明的一种新型涡流栅位移传感器测量电路，电路选用高速二选一模拟开关芯片和通用单片机，可选型号较多且价格便宜，均有国产器件可代替，大大降低了成本；采用
多颗并列的高速二选一芯片组成的高速多选一电路2，没有级联结构，电路简单；在传感器线路板的布局上，二选一芯片可分散设置于平面线圈周边，以减少各线圈连接走线的长度和绕线的差异，有效降低因各线圈连接走线差异而造成的对lc振荡电路3的频率干扰，提高测量精度；采用输出状态可控的波形转换电路4，控制单元5对输出方波信号的时长控制和对方波信号的计数均由控制单元5内部硬件电路定时器、计数器自动完成，无需控制单元5软件控制，无程序指令执行延迟误差，使得控制单元5采集到的频率数值更为准确。
37.以上所揭露的仅为本技术一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本技术之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。