专利名称：一种单线圈钢弦激发及接收电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及振弦传感器，具体涉及一种单线圈钢弦激发及接收电路。
背景技术：
单线圈钢弦激发及接收电路是与单线圈钢弦传感器配套使用的一个部件，对保证 能测到传感器振弦频率起着关键作用。以往其他厂家，或用充电电容器放电产生电流脉冲 激发钢弦振动，或用十分复杂的电路产生扫频脉冲激发钢弦振动。中国专利“单线圈电流型振弦式传感器和激发器”，申请号98122129. 7，公开了一 种单线圈电流型振弦式传感器和激发器，其构造是在传感器壳体里的工作膜上有与其绝缘 的钢弦，钢弦中部旁边设置一个磁感线圈，钢弦的两端和线圈的两端分别连接在由差分放 大器等元件组成的激发器上，激发器安装在二次仪表中或设置在壳体内。该种传感器和激 发电路虽在名称上与本发明有相关之处，但它是将激发电流通过钢弦，使钢弦受磁场力作 用而振动，在线圈中感应产生振动电压信号，放大后形成电流脉冲再送到钢弦上，正反馈加 强其振动，达到自激激发钢弦形成稳定的连续振动，然后进行测频。本发明则属于他激式钢 弦激发、接收电路先将持续时间很短的扫频脉冲电流输入磁感线圈，磁力脉冲推动钢弦使 之起振，形成一个衰减的钢弦振动，钢弦振动再在磁感线圈中感生电压信号，放大后送测频 电路测频。可见两者是完全不同类型的激发电路。现有技术中的单线圈激发电路所存在的主要缺点是(1)老式的电容充电放电式 激发，所需电压高放电电流大，设备体积大，而激发效果差；(2)新式的扫频激发电路，虽也 利用了共振原理，电压低电流小激发效果较好，但相对本发明，该扫频激发电路十分复杂， 仪器价格昂贵；并且从800Hz到3500Hz须分5档；所用电缆也不能太长。

发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种单线圈钢弦激发及接收电路，它能以简 单的方案产生峰值恒定(但可调)的扫频电流脉冲，能可靠地激发钢弦振动；接收电路能可 靠地接收放大钢弦振动信号，提供测频；而且连接传感器中线圈与激发接收电路的双绞电 缆可长达数千米(有些场所还可不用双绞线)，电缆长短对测量钢弦频率无影响。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种单线圈钢弦激发及接收电路， 连接单线圈钢弦传感器中线圈，其特征在于，包括单片机恒流脉冲产生电路与所述线圈连接，用于激发所述单线圈钢弦传感器中的 钢弦起振；按照本发明所提供的单线圈钢弦激发及接收电路，其特征在于，还包括差动放大 电路，其两输入端分别连接所述线圈的两端，用于放大钢弦振动在线圈中感应的电压信号。 其中所述单片机恒流脉冲产生电路，其特征在于，包括单片机扫频信号发生器与限流 式(可调)恒流功放。
所述单片机恒流脉冲产生电路输出端通过一对双绞线连接到单线圈钢弦传感器 中线圈。所述差动放大电路包括差动运放电路、其两输入端各自的隔直电容及电阻衰减网所述差动运放电路与隔直电容之间接有电阻衰减网络。所述电阻衰减网络包括第 一电阻R1、第二电阻&和第三电阻R3，第二电阻&的两端分别连接差动运放电路的同相输 入端和反向输入端；第一电阻R1的一端接差动运放电路的反相输入端，另一端接公共端，第 三电阻R3的一端接差动运放电路的同相输入端，另一端接公共端；所述差动放大电路输出端，即差动运放电路的输出端，连接同相驱动电路。按照本发明所提供的单线圈钢弦激发及接收电路，其特征在于，所述激发及接收 电路不与大地及电网直接连接。本发明有益效果在于与传统技术相比有以下优点(1)每发送一次扫频恒流脉 冲序列的过程中，当脉冲的频率接近钢弦固有频率时，脉冲电流通过线圈产生的磁力脉冲 将引起钢弦的强烈共振，激发效果远超过电容器放电的单个大电流脉冲；( 用单片机运 行程序产生扫频信号，电路特别简单，扫频信号可完全重复再现，稳定可靠；(3)扫频信号 经限流式恒流电路进行功率放大，产生峰值恒定的扫频电流脉冲，可保证激发能力不受电 缆长短影响；(4)电源电压Vcc可根据电缆长度选择，电流峰值可调节电阻W予以改变，故 可适用于各种长短电缆以及线圈电阻不同的各种单线圈钢弦传感器。(5)将线圈经一对双 绞线通过电容(隔离直流)连接到接有电阻衰减网络的差动高增益运放电路的输入端，可 保证钢弦在线圈中的感应电压信号，不受外界电磁干扰影响，能可靠地由差动高增益运放 电路充分放大，经同相驱动器隔离输出矩形波电压，波形峰值保持满幅度1 2秒，便于单 片机多倍周期同步法精确测量频率。(6)从800Hz到3500Hz作为一档，无需分为5档。


图1是本发明的单线圈钢弦激发及接收电路原理图；图2是本发明一个具体实例电路示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的单线圈钢弦激发及接收电路包括单片机扫频恒流脉冲产生 电路、单线圈钢弦传感器中线圈及差动接收放大电路。其中单片机扫频恒流脉冲产生电 路，周期性地发出峰值恒定的扫频电流脉冲激发钢弦起振；然后线圈中感应电压信号经差 动放大后输出，提供测频。图2所示，是本发明优选实施例。首先，说明该具体实施例基础和核心(1)激发方面，提供一种单片机扫频恒流脉冲产生电路作激发电路，包括线圈L， 其特征在于线圈L的两端通过一对双绞线接激发电路其一端接激发电路的限流式可调 恒流功放的输出端，另一端接电源正级V。。；恒流功放的输入端接单片机扫频信号发生器的 输出端。(2)接收方面，提供一种接有电阻衰减网络的差动高增益运放，包括线圈L，其特征在于线圈L的两端连接一对双绞线，通过两只隔直流电容器连接到差动高增益运放电 路IC的输入端，输入端连接起衰减差模和共模干扰作用的电阻衰减网络，差动高增益运放 的输出端连接同相驱动器电路的输入端，同相驱动电路输出振弦频率信号提供测频。(3)单片机扫频信号发生器单片机由软件控制产生占空比为1 1的正脉冲矩 形波，从频率范围低端频率fmin对应的最大脉冲宽度τ max = lA2fmin)开始，连续发几个矩 形波，然后将脉宽减小一个机器周期T，再连续发几个矩形波，直到脉宽小于等于最高频率 fmax对应的最小脉宽τω η= l/(2ffflJ为止。单片机输出的扫频信号经过同相驱动电路E1 输出到恒流功放输入端(电阻Rtl)。(4)限流式恒流功放电路电流大小可调三极管恒流功放电路包括电阻Rtl，第一 硅二极管D1、第二硅二极管D2、第三硅二极管D3、三极管BG和可调电阻W。电阻Rtl接三极 管BG基极，第一、二、三硅二极管Dp D2, D3串接后也连接三极管BG基极，三极管BG的发射 极接可调电阻W，构成限流式三极管恒流电路。电源正极Vcc通过正向设置的第四二极管D4 和第五二极管D5,将恒流电路限定的电流经过一对双绞线送入线圈L激发钢弦振动。(5)差动高增益运放接收电路线圈L通过一对双绞线连接到电容Cp C2的一端， C1, C2的另一端连接到差动高增益运放电路IC的输入端，输入端连接起衰减差模和共模干 扰作用的电阻衰减网络，差动高增益运放电路IC的输出端连接同相驱动电路氏的输入端， E2的输出端输出经放大整形的钢弦振动频率信号，提供测频。(6)电阻衰减网络包括第一电阻R1、第二电阻&和第三电阻R3,第二电阻&的两 端分别连接差动高增益运放电路的同相输入端和反向输入端，用来衰减差模干扰；第一电 阻队的一端接差动高增益运放电路的反相输入端，另一端接公共端，第三电阻民的一端接 差动高增益运放的同相输入端，另一端接公共端，R1^R2的作用是衰减共模干扰。(7)本发明激发及接收电路保持浮空，不接大地不与电网直接连接。其次，结合附图对该实施例作进一步描述如图2所示，该电路供电电压可采用6节充电电池经稳压块稳到5V供电，公共端 为0V，Vcc = 5V。传感器线圈L通过一对双绞线接扫频恒流脉冲产生电路线圈L的一端 通过二极管D4接电源正极Ncc,另一端通过二极管D5接恒流功放三极管BG的集电极。电阻 R。、串连硅二极管D1D2D3接三极管BG基极，BG的发射极接可调电阻W，构成限流式三极管恒 流电路。其输入端接单片机扫频信号输出端，当启动单片机发送一次从最大脉宽到最 小脉宽τ min的扫频信号时，BG的集电极发送一系列峰值电流恒定的扫频电流脉冲，通过线 圈L激发钢弦共振。线圈L还通过CpC2隔直流电容器连接到差动高增益运放的输入端，输 入端接有电阻礼、1 2、1 3构成的衰减网络，R2两端分别接差动高增益运放的同相和反相输入 端，用以衰减差模干扰，R1^ R3的一端分别接运放的反相与同相输入端，另一端接公共端，用 来衰减共模干扰，经运放接收放大后的振弦频率信号由同相驱动电路氏隔离输出。该电路 扫频范围从800Hz到3500Hz为一档，无需分档。应用本电路时，对于特别长的电缆，例如长 达5000米时，可提高电源电压，例如Vcc = 24V,并减小电阻W加大电流，直到激发接收效果 满意为止。
权利要求
1.一种单线圈钢弦激发及接收电路，连接单线圈钢弦传感器中线圈，其特征在于，包括单片机扫频恒流脉冲产生电路，与所述线圈连接，用于激发所述单线圈钢弦传感器中 的钢弦起振；
2.根据权利要求1所述的激发及接收电路，其特征在于，还包括差动放大电路，两输入端分别连接所述线圈的两端，用于放大钢弦振动在线圈中感应 的电压信号。
3.根据权利要求1所述的激发及接收电路，其特征在于，所述单片机扫频恒流脉冲产 生电路包括单片机扫频信号发生器和限流式恒流功放。
4.根据权利要求1所述的激发及接收电路，其特征在于，所述差动放大电路包括差动 运放电路、其两输入端各自的隔直电容及电阻衰减网络。
5.根据权利要求4所述的激发及接收电路，其特征在于，所述差动运放电路与隔直电 容之间接有电阻衰减网络；所述电阻衰减网络包括第一电阻、第二电阻和第三电阻，第二电 阻的两端分别连接差动运放电路的同相输入端和反向输入端；第一电阻的一端接差动运放 集成电路的反相输入端，另一端接公共端，第三电阻的一端接差动运放集成电路的同相输 入端，另一端接公共端。
6.根据权利要求1所述的激发及接收电路，其特征在于，所述差动放大电路输出端连 接同相驱动电路。
7.根据权利要求1-2任一所述的激发及接收电路，其特征在于，通过一对双绞线连接 到单线圈钢弦传感器中线圈。
8.根据权利要求1-7任一项所述的激发及接收电路，其特征在于，所述激发及接收电 路与大地及电网隔离。
全文摘要
本发明公开了一种单线圈钢弦激发及接收电路，连接单线圈钢弦传感器中线圈，包括单片机扫频恒流脉冲产生电路，与所述线圈连接，用于激发所述单线圈钢弦传感器中的钢弦起振；还包括前置有电阻衰减网络的差动运放电路，其两输入端通过隔直电容连接所述线圈的两端，用于放大钢弦振动在线圈中感应的电压信号。这种单线圈钢弦激发及接收电路性能优良可接数千米长双绞电缆；测得钢弦振动频率不受电缆长短影响；可用于线圈电阻不同的单线圈钢弦传感器；还可用于频率范围不同的单线圈钢弦传感器。
文档编号G01H11/06GK102072763SQ20101053380
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月5日 优先权日2010年11月5日
发明者白泰礼, 邓铁六 申请人:白泰礼, 邓铁六