专利名称：一种间隙传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感检测技术领域，具体涉及磁悬浮列车的悬浮间隙测量中使用的一种间隙传感器。
技术背景涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。涡流位移传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化，它是一种非接触的线性化计量工具。涡流位移传感器在工业基础研究、精密设备的生产制造、设备检测试验中应用广泛。目前，涡流位移传感器主要用于研究测定高速旋转的机械和往复式运动的机械的运动轨迹数据，以及振动等的研究。涡流位移传感器在分析测量中，特别是对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到振动、转动等轨迹运动的多种参数。因此，对于涡流位移传感器的感测精度具有很高的要求。在对现有的涡流位移传感器研究和实践过程中，本实用新型的发明人发现由于磁浮列车主要靠电磁力来悬浮，电磁强度最大可能达到I万高斯，传感器在这种环境下工作，要求具有很高的抗电磁干扰的能力，而现有的涡流传感器中对于电磁抗干扰能力不强，尤其是自激励式的涡流传感器容易受到外界强电磁环境的干扰，造成检测信号传输不稳定，最终导致检测结果失真，因此如何避免外界环境对检测信号的干扰并实现检测信号的稳定、不失真传输是现有技术所面临的问题。

实用新型内容本实用新型提供一种间隙传感器，能够解决上述问题。本实用新型提供一种间隙传感器，包括由检测线圈与电容并联组成的谐振回路；连接于谐振回路两端的差分激励电路；连接于检测线圈正负两端的同步解调电路；连接于同步解调电路的A/D转换电路；以及具有RS485接口的主控电路；所述主控电路连接并控制A/D转换电路。上述技术方案可以看出，由于本实用新型实施例差分激励电路在检测线圈两端形成差分激励信号，这样便使得检测线圈上的检测信号能够稳定、不失真的进行传输，抵抗外界环境干扰的能力得到大幅提升；同步解调电路能够检出检测信号的峰峰值，并经过A/D转换电路将解调信号数字化，并将数字化解码信号作为FPGA芯片中已存取的非线性修正数据的存取器地址，查出对应的间隙值，该间隙值通过RS485接口输出，形成数字化信号传输与控制。

为了更清楚地说明本实用新型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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图I是本实用新型实施例中间隙传感器的整体结构图；图2是本实用新型实施例中间隙传感器的差分激励电路的电路原理图；图3是本实用新型实施例中间隙传感器的同步解调电路的电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例如图I所示，本实用新型提供一种间隙传感器，包括由检测线圈LI与电容C3并联组成的谐振回路；连接于谐振回路两端的差分激励电路；连接于检测线圈正负两端的同步解调电路；连接于同步解调电路的A/D转换电路；以及具有RS485接口的主控电路；所述主控电路连接并控制A/D转换电路。具体地，当待测间隙发生变化时，由于涡流感应，检测线圈LI上的会发生电流变化，从而在谐振回路上产生振荡电压，而连接于谐振回路两端的差分激励电路输出差分信号至谐振回路的两端，即检测线圈LI与电容C3的两个并联点，于是检测线圈LI的正负端便形成了差分激励信号，并将差分激励信号传输到同步解调电路，经过同步解调电路的解调后，检测信号便成为了解调信号，但是此时的解调信号属于模拟信号，因而将模拟的解调信号输送至A/D转换电路进行数字化，然后将数字化的解调信号输送到主控电路，本实用新型实施例中主控电路采用FPGA芯片，且FPGA连接有RS485接口，在FPGA内的存储模块具有用于存储间隙值的存取器，因此，数字化的解调信号以其电压数字量作为对应的存取器地址，从而使得FPGA芯片能够通过解调信号的电压数字量调取该存取器地址空间内的间隙值，进而将该间隙值通过RS485接口输出至检测装置的处理终端。具体如图2所示，所述差分激励电路包括MIC4428芯片、电容Cl、电容C2、电阻Rl和电阻R2，MIC4428芯片的两个输出端分别连接电阻R1、电阻R2，电阻Rl与电容Cl串联，电阻R2与电容C2串联，电容Cl和电容C2分别连接到谐振回路的两端。MIC4428芯片U是是MOSFET驱动输出，输出电阻只有6 10 Ω，最大输出电流可以达到I. 5A，最大工作频率可以到25MHz，内部集成正反向2个输出门。可以理解的是，所述MIC4428芯片也可以由一个电压跟随器和一个有源反相器并联来替代，电压跟随器与有源反相器共用一个输入端，电压跟随器的输出端与有源反相器的输出端构成驱动电路的两个正反向输出端，因此，只是在电路结构上的简单变形仍应属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中电阻Rl和电容Cl，以及电阻R2和电容C2构成两路整形电路，由电阻和电容串联组成，在MIC4428芯片的输出管脚7连接由电阻Rl和电容Cl构成的 整形电路，在MIC4428芯片的输出管脚5连接由电阻R2和电容C2构成的整形电路，而两路整形电路分别连接到由传感器检测线圈LI构成的LC并联谐振回路的两端，图中检测线圈LI与振荡电容C3组成谐振回路，整形电路的一端连接在检测线圈LI与振荡电容C3的连接点处。在差分激励电路的输入端它激式的信号，该信号的输入可以源自检测装置的内部或者用固定信号源装置，但是如果采用固定的信号源装置会使得成本升高，因此在实际应用中对于驱动电路的输入信号直接由检测装置本身提供，一般采用TTL方波信号，具有稳定的电平状态。MIC4428芯片U的输入端管脚3和管脚4并接在一起共用一个输入端，当高电平输入到MIC4428芯片U的管脚3后，在芯片内部经过内部的反相器在芯片管脚7输出低电平，同吋，高电平输入到MIC4428芯片U的管脚4后，在芯片内部经过内部的电压跟随器在芯片管脚5输出高电平，此时在芯片U输入端的单路信号经过芯片U后便形成了相位上相反的差分信号了，差分信号进ー步分别经过电阻Rl和电阻R2，由于输入端的信号具有一定的频率，因此方波形式的差分信号可以经过分别经过电容Cl、电容C2，并在检测线圈LI和振荡电容C3的振荡环境下整形成正弦波信号，那么，可以理解的是，此时在检测线圈LI的正负两端便形成了正弦波形式的差分激励信号。本实用新型实施例采用它激式差分激励电路，并且在MIC4428芯片的两个输出端产生正反向的波形信号，形成差分信号，进而在LC并联谐振电路的两端产生差分激励信号，这样便使得检测线圈上的检测信号能够稳定、不失真的进行传输，抵抗外界环境干扰的能力得到大幅提升。具体如图3所示，检测线圈LI的正负端连接到同步解调电路的输入端IN+和输入端IN-，输入端IN+和输入端IN-分别通过电阻R3和电阻R4连接到第一选通开关和第ニ选通开关，在本实用新型实施例中第一选通开关和第二选通开关均采用74HC4316芯片，74HC4316芯片是高速CMOS开关电路每个芯片上集成有多个开关并具有控制端，控制端能够控制开关的闭合与关断。本实用新型实施例的同步解调电路具有检波信号输入端SYN，检波信号的频率是传感器检测线圈所在谐振回路的激励信号频率的两倍，即检波信号是检测信号的2倍频信号，由于同步检波过程中要求检波信号与检测信号的相位相同，而检测信号在传感器谐振回路中会产生延时，因此，检波信号输入端SYN经延时电路连接至波形整形电路，延时电路由电阻R5和电容C4并联组成，电容C4的另一端接地，在电阻R5和电容C4的并联节点处引出延时电路的输出端，检波信号经过延时电路后相位会发生相应的变化，实现与检测信号同相位的要求。经过延时处理的检波信号传输至波形整形电路，进ー步对检波信号进行处理形成占空比为50%的方波信号，本实用新型实施例中的波形整形电路由D触发器U2构成，其中D触发器U2的数据输入端管脚2与输出反相端管脚6之间用导线相连，该输出反相端作为波形整形电路的的输出端，由于D触发器U2的数据输入端管脚2与输出反相端管脚6直接连在一起，那每当时钟触发端管脚3出现上升沿的时候，D触发器的输出反相端管脚6便触发翻转，进而得到占空比为50%的方波信号。方波信号经过第一反相器U3输出至第一选通开关的控制端，即本实用新型实施例中74HC4316芯片UlA的控制端，由于第一反 相器U3的输出同时连接到第二反相器U4的输入端，因此第二反相器U4输出与第一反相器U3相反的电压信号至第二选通开关，即本实用新型实施例中74HC4316芯片UlB的控制端，所以当第一选通开关接通时，第二选通开关截止，即两个选通开关交替工作对检测信号进行波峰采样，第一选通开关的输出端与第二选通开关的输出端并联在一起形成解调信号输出端，在本实用新型实施例中第一选通开关与第二选通开关的输出端分别通过电阻R8和电阻R9并联在一起，形成解调信号输出端输出经过初步解调的检测信号的电压峰峰值，为了滤除解调信号的杂讯，解调信号输出端还连接由电阻R6和电容C6并联组成的滤波电路，所述滤波电路有滤波电容C6组成，滤波电容C6另一端接地，在滤波电容C6与解调信号输出端之间还连接有一限流电阻R6，为了弥补解调信号在传输过程中的功率损耗，解调信号输出端还连接由运算放大器构成的电压跟随器，本实用新型实施例中，电压跟随器连接在滤波电容之后，能够弥补解调信号在传输过程中的衰减。本实用新型实施例中的同步解调电路通过对检波信号进行延时控制，然后整形成方波信号控制选通开关，将检测线圈正负两端的信号进行同步解调，然后集中输出，因此解决了检波信号在电路中存在延时误差的问题，整个电路结构简单、应用性强，节省了电路的成本，方便应用。以上对本实用新型实施例所提供的ー种间隙传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想， 在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.ー种间隙传感器，其特征在于包括由检测线圈与电容并联组成的谐振回路；连接于谐振回路两端的差分激励电路；连接于检测线圈正负两端的同步解调电路；连接于同步解调电路的A/D转换电路；以及具有RS485接ロ的主控电路；所述主控电路连接并控制A/D转换电路。
2.如权利要求I所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述主控电路采用FPGA芯片。
3.如权利要求I或2所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述差分激励电路包括MIC4428芯片、电容Cl、电容C2、电阻Rl和电阻R2，MIC4428芯片的两个输出端分别连接电阻R1、电阻R2，电阻Rl与电容Cl串联，电阻R2与电容C2串联，电容Cl和电容C2分别连接到谐振回路的两端。
4.如权利要求I所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述同步解调电路包括分别接 收来自检测线圈正负端检测信号的第一选通开关和第二选通开关以及依次相连的检波信号输入端、延时电路、用于生成50%占空比的波形整形电路、第一反相器和第二反相器；其中，第一反相器的输出端还连接至第一选通开关的控制端，第二反相器的输出端连接至第ニ选通开关的控制端，第一选通开关的输出端与第二选通开关的输出端并联在一起形成解调信号输出端。
5.如权利要求4所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述第一选通开关和第二选通开关均采用74HC4316芯片。
6.如权利要求4所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述延时电路由电阻和电容串联并经D触发器整形组成，在电阻与电容的串联节点处引出延时信号的输出端。
7.如权利要求4所述的ー种间隙传感器，其特征在于所述波形整形电路由选通开关构成，其中选通开关的选通控制端由由延时电路及反相器控制，选通开关输入端与载波信号连接，输出端与滤波电路连接。
8.如权利要求4所述的ー种间隙传感器，其特征在于解调信号输出端还连接由电阻R6和电容C6并联组成的滤波电路。
9.如权利要求4至8中任意一项所述的ー种间隙传感器，其特征在于解调信号输出端还连接由运算放大器构成的电压跟随器。
专利摘要本实用新型提供一种间隙传感器，包括由检测线圈与电容并联组成的谐振回路；连接于谐振回路两端的差分激励电路；连接于检测线圈正负两端的同步解调电路；连接于同步解调电路的A/D转换电路；以及具有RS485接口的主控电路；所述主控电路连接并控制A/D转换电路。检测线圈两端形成差分激励信号，这样便使得检测线圈上的检测信号能够稳定、不失真的进行传输，抵抗外界环境干扰的能力得到大幅提升；同步解调电路能够检出检测信号的峰峰值，并经过A/D转换电路将解调信号数字化，并将数字化解码信号作为FPGA芯片中已存取的非线性修正数据的存取器地址，查出对应的间隙值，该间隙值通过RS485接口输出，形成数字化信号传输与控制。
文档编号G01B7/14GK202393342SQ20112047225
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者何迪, 彭志华, 徐春生, 谢雄建 申请人:广州精信仪表电器有限公司