一種電渦流傳感器測量電路和電渦流傳感器的制作方法

本發明實施例涉及電子電路技術，尤其涉及一種電渦流傳感器測量電路和電渦流傳感器。

背景技術：

電渦流傳感器是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器能準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面之間的相對位移變化。

atm(automatictellermachine，自動取款機)中對鈔票鑒別真偽的模組中，會對紙幣厚度進行測量鑒別，而對厚度的測量，會間接通過電渦流傳感器來進行測量。當紙幣通過測量裝置的時候，紙幣會通過一個浮動輥，浮動輥會因為紙幣的插入而抬升相當于紙幣厚度的高度。浮動輥是一種金屬導磁材料，在浮動輥上方會有一個電感線圈，當導磁的浮動輥對于線圈的距離發生變化時，會使電渦流強度發生變化，這個變化又會間接反映在電感的阻抗變化這個物理量上，通過測量電感量的變化就間接的測量了電渦流強度的變化。

現有技術中，測量線圈的阻抗時，會受到測量電路中干擾信號的影響，從而造成測量到的線圈阻抗變化量存在較大誤差，影響測量結果的精度。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種電渦流傳感器測量電路和電渦流傳感器，以實現對電渦流進行測量時，隔離電路中的干擾信號，提高測量精度。

第一方面，本發明實施例提供了一種電渦流傳感器測量電路，包括：振蕩器模塊、電感激勵模塊、阻抗隔離模塊和信號放大模塊；

所述振蕩器模塊，所述振蕩器模塊的輸出端和所述電感激勵模塊的輸入端相連，所述振蕩器模塊的輸入端和電源相連，用于將從所述振蕩器模塊的輸入端輸入的直流電壓轉換為交流信號經所述振蕩器模塊的輸出端輸出；

所述電感激勵模塊，所述電感激勵模塊的輸出端和所述阻抗隔離模塊的輸入端相連，所述電感激勵模塊的電源端和所述電源相連，用于在所述交流信號的控制下，將從所述電感激勵模塊的電源端輸入的電壓施加在所述電感激勵模塊所包括的線圈上，以使所述線圈產生交變磁場，并輸出跟隨所述線圈的阻抗值相應變化的電壓信號；

所述阻抗隔離模塊，所述阻抗隔離模塊的輸出端和所述信號放大模塊的輸入端相連，用于將所述電壓信號傳輸至所述信號放大模塊，并阻擋從所述阻抗隔離模塊的輸出端反向傳輸的干擾信號；

所述信號放大模塊，用于將所述電壓信號按照預設放大比例進行放大，生成放大電壓信號，并經所述信號放大模塊的輸出端輸出。

進一步的，電渦流傳感器測量電路還包括：

濾波模塊，所述濾波模塊的輸入端和所述阻抗隔離模塊的輸出端相連，所述濾波模塊的輸出端和所述信號放大模塊的輸入端相連，用于濾除所述電壓信號中的噪聲信號。

進一步的，所述電感激勵模塊包括：

所述線圈、受控開關元件和第一電阻；

所述受控開關元件的使能端用于連接所述振蕩器模塊的輸出端，所述受控開關元件的電流通路的第一端和所述電源相連，所述受控開關元件的電流通路的第二端和所述第一電阻的第一端相連，所述第一電阻的第二端用于和所述阻抗隔離模塊的輸入端相連，所述第一電阻的第二端和所述線圈的一端相連，所述線圈的另一端接地；

所述受控開關元件用于在所述交流信號的控制下，導通或切斷所述受控開關元件的電流通路。

進一步的，所述受控開關元件為第一三極管；

所述第一三極管的基極用于連接所述振蕩器模塊的輸出端，集電極和所述電源相連，發射極和所述第一電阻的第一端相連。

進一步的，所述阻抗隔離模塊包括第二三極管、第二電阻、第三電阻、第一電容和第一運算放大器；

所述第二三極管的基極用于連接所述電感激勵模塊的輸出端，集電極連接所述電源，發射極連接所述第二電阻的一端；

所述第二電阻的另一端、所述第三電阻的一端和所述第一運算放大器的同向輸入端相互連接；

所述第三電阻的另一端接地；

所述第一電容和所述第三電阻并聯；

所述第一運算放大器的反向輸入端和輸出端相連，所述第一運算放大器的輸出端用于連接所述信號放大模塊的輸入端。

進一步的，所述濾波模塊包括第二電容、第四電阻和第五電阻；

所述第四電阻的一端用于和所述阻抗隔離模塊的輸出端相連，另一端和所述第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端接地；

所述第二電容和所述第五電阻并聯；

所述第四電阻和所述第五電阻的公共端用于和所述信號放大模塊的輸入端相連。

進一步的，所述信號放大模塊包括第六電阻、第七電阻和第二運算放大器；

所述第二運算放大器的正向輸入端用于連接所述阻抗隔離模塊的輸出端，反向輸入端、所述第六電阻的一端和第七電阻的一端相互連接，輸出端和所述第七電阻的另一端相連；

所述第六電阻的另一端接地。

第二方面，本發明實施例還提供了一種電渦流傳感器，包括第一方面提供的電渦流傳感器測量電路。

本發明實施例的技術方案通過隔離電渦流傳感器測量電路中的干擾信號，解決線圈的阻抗會受到測量電路中干擾信號的影響，從而造成測量到的線圈阻抗變化量存在較大誤差的問題，實現提高電渦流測量精度的效果。

附圖說明

圖1是本發明實施例一中的電渦流傳感器測量電路的結構示意圖；

圖2是本發明實施例二中的電渦流傳感器測量電路的結構示意圖；

圖3是本發明實施例三中的電渦流傳感器測量電路的電路結構圖；

圖4是本發明實施例四中的電渦流傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。

實施例一

圖1為本發明實施例一提供的電渦流傳感器測量電路的結構示意圖，本實施例提供的電渦流傳感器測量電路可應用于通過電渦流進行間接測量高度、厚度和位移等物理量的電渦流傳感器中，該電渦流傳感器測量電路10具體包括：振蕩器模塊110、電感激勵模塊120、阻抗隔離模塊130和信號放大模塊140。

振蕩器模塊110，振蕩器模塊110的輸出端和電感激勵模塊120的輸入端相連，振蕩器模塊110的輸入端和電源相連，用于將從振蕩器模塊110的輸入端輸入的直流電壓轉換為交流信號經振蕩器模塊110的輸出端輸出；

電感激勵模塊120，電感激勵模塊120的輸出端和阻抗隔離模塊130的輸入端相連，電感激勵模塊120的電源端和電源相連，用于在交流信號的控制下，將從電感激勵模塊120的電源端輸入的電壓施加在電感激勵模塊120所包括的線圈上，以使線圈產生交變磁場，并輸出跟隨線圈的阻抗值相應變化的電壓信號；

阻抗隔離模塊130，阻抗隔離模塊130的輸出端和信號放大模塊140的輸入端相連，用于將電壓信號傳輸至信號放大模塊140，并阻擋從阻抗隔離模塊130的輸出端反向傳輸的干擾信號；

信號放大模塊140，用于將電壓信號按照預設放大比例進行放大，并經信號放大模塊140的輸出端輸出。

其中，上述模塊之間的連接關系如圖1所示(圖1中未示出電源端子和接地端子)，振蕩器模塊110為可以產生振蕩電流的電路，其從輸入端獲取直流電，其輸出的交流信號可以為正弦波或方波，振蕩器模塊110輸出的交流信號的頻率和占空比，可以是固定的，也可以是可調的，并且頻率和占空比可以是獨立調節的。示例的，振蕩器模塊110可以為晶體振蕩器電路、555定時器振蕩電路、串聯諧振電容三點式電路或積分-施密特觸發器型壓控振蕩器。振蕩器模塊110輸出的交流信號輸出至電感激勵模塊120的輸入端，為電感激勵模塊120提供控制信號，使得電感激勵模塊120的電源端輸入的電壓根據上述交流信號的頻率和占空比施加到線圈上，使得線圈產生交變磁場，示例的，輸入電感激勵模塊120的交流信號為方波信號，當方波信號的電壓為高電平時，電感激勵模塊120的電源端輸入的電壓施加在線圈上；當方波信號的電壓為低電平時，電感激勵模塊120的電源端輸入的電壓被截止，不施加在線圈上，線圈據此交變激勵電壓產生相應的交變磁場。電感激勵模塊120將線圈兩端的電壓或將與線圈兩端電壓同步變化的電壓作為電感激勵模塊120輸出的電壓信號傳輸至阻抗隔離模塊130，阻抗隔離模塊130可以由一級或多級阻抗隔離電路組成，從而將由阻抗隔離模塊130的輸出端反向傳輸的干擾信號隔離，避免反向傳輸的干擾信號對線圈兩端的電壓造成影響，例如，阻抗隔離模塊130可以是由運算放大器或三極管組成的跟隨器電路。在得到跟隨線圈的阻抗值相應變化的電壓信號之后，將該電壓信號經信號放大模塊140進行放大，生成放大電壓信號，并輸出，該放大電壓信號是與線圈的阻抗值相應變化的，那么，因為線圈的阻抗值與被測金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及線圈到被測導體表面的距離等參數有關，當獲取到與線圈的阻抗值相應變化的放大電壓信號，并確定其他參數的情況下，就可以根據放大電壓信號確定線圈的阻抗值，并進一步確定被測金屬體中電渦流的值，從而可以獲得被測金屬體與線圈的距離。

本實施例的技術方案，通過隔離電渦流傳感器測量電路中的干擾信號，解決線圈的阻抗會受到測量電路中干擾信號的影響，從而造成測量到的線圈阻抗變化量存在較大誤差的問題，實現提高電渦流測量精度的效果。

實施例二

如圖2所示，在上述實施例技術方案的基礎上，電渦流傳感器測量電路10還包括濾波模塊150，濾波模塊150的輸入端和阻抗隔離模塊130的輸出端相連，濾波模塊150的輸出端和信號放大模塊140的輸入端相連，用于濾除電壓信號中的噪聲信號。

其中，從阻抗隔離模塊130輸出的電壓信號，可能包含無用的噪聲信號，在電壓信號輸入信號放大模塊140進行放大之前，通過濾波模塊150將可能存在的噪聲信號濾除，可以較少電壓信號中的干擾，提高電渦流測量精度。

濾波模塊150可以是有源濾波電路或無源濾波電路，優選使用無源濾波電路，有利于減少電路元件，簡化電路結構，例如rc濾波電路和lc濾波電路。

本實施例的技術方案，通過濾波模塊濾除噪聲信號，實現提高電渦流測量精度的效果。

實施例三

圖3為本發明實施例三提供的電渦流傳感器測量電路的電路結構圖，該電路結構圖中示出了電渦流傳感器測量電路10的必要電路結構，本實施例的技術方案是上述實施例技術方案的一種優選實現方式，但上述實施例的技術方案的實現方式不限于圖3中所示的電路。

其中，電感激勵模塊120包括：

線圈l1、受控開關元件k1和第一電阻r1；

受控開關元件k1的使能端用于連接振蕩器模塊110的輸出端，也就是受控開關元件k1的使能端作為電感激勵模塊120的輸入端，受控開關元件k1的電流通路的第一端和電源相連，也就是受控開關元件k1的電流通路的第一端作為電感激勵模塊120的電源端，受控開關元件k1的電流通路的第二端和第一電阻r1的第一端相連，第一電阻r1的第二端用于和阻抗隔離模塊130的輸入端相連，也就是第一電阻r1的第二端作為電感激勵模塊120的輸出端，第一電阻r1的第二端和線圈l1的一端相連，線圈l1的另一端接地；

受控開關元件k1用于在交流信號的控制下，導通或切斷受控開關元件k1的電流通路。

受控開關元件k1可以為三極管、場效應管、可控硅或繼電器等開關元件，如圖3中所示，以第一三極管q1作為受控開關元件k1為例，示出了電路連接結構；

第一三極管k1的基極用于連接振蕩器模塊110的輸出端，集電極和電源相連，發射極和第一電阻r1的第一端相連。

可選的，阻抗隔離模塊130包括第二三極管q2、第二電阻r2、第三電阻r3、第一電容c1和第一運算放大器u1；

第二三極管q2的基極用于連接電感激勵模塊120的輸出端，也就是第二三極管q2的基極作為阻抗隔離模塊130的輸入端，集電極連接電源，發射極連接第二電阻r2的一端；

第二電阻r2的另一端、第三電阻r3的一端和第一運算放大器u1的同向輸入端相互連接；

第三電阻r3的另一端接地；

第一電容c1和第三電阻r3并聯；

第一運算放大器u1的反向輸入端和輸出端相連，第一運算放大器u1的輸出端作為阻抗隔離模塊130的輸出端。

可選的，濾波模塊150包括第二電容c2、第四電阻r4和第五電阻r5；

第四電阻r4的一端用于和阻抗隔離模塊130的輸出端相連，另一端和第五電阻r5的一端相連，第五電阻r5的另一端接地；

第二電容c2和第五電阻r5并聯；

第四電阻r4和第五電阻r5的公共端用于和信號放大模塊140的輸入端相連。

可選的，信號放大模塊140包括第六電阻r6、第七電阻r7和第二運算放大器u2；

第二運算放大器u2的正向輸入端作為信號放大模塊140的輸入端，反向輸入端、第六電阻r6的一端和第七電阻r7的一端相互連接，輸出端和第七電阻r7的另一端相連，第二運算放大器u2的輸出端作為信號放大模塊140的輸出端；

第六電阻r6的另一端接地。

本實施例的技術方案，適用于利用電渦流進行間接測量高度、厚度和位移等物理量的電渦流傳感器電路中，該電路結構簡單，實用性和通用性強。

實施例四

圖4為實施例四提供的一種電渦流傳感器的結構示意圖，該電渦流傳感器40包括上述實施例提供的電渦流傳感器測量電路10，可選的，電渦流傳感器還包括殼體410，殼體410包覆電渦流傳感器測量電路10，其中，殼體410設置有探頭部411，電渦流傳感器測量電路10中的線圈l1設置在探頭部411內的預設位置，形成電渦流傳感器的探頭，將電渦流傳感器的探頭安置在被測金屬物體的預設距離范圍(該預設距離范圍根據線圈產生的交變磁場確定)內，通過電渦流傳感器可實現測量被測金屬物體的位移。示例的，可以在atm中通過電渦流傳感器對紙幣厚度來進行測量，當紙幣通過atm內部的厚度測量裝置的時候，紙幣會從一個浮動輥的下方通過，浮動輥會因為紙幣的插入而抬升相當于紙幣厚度的高度，將電渦流傳感器的探頭部設置在浮動輥上方，當紙幣通過浮動輥，即可實現對紙幣厚度測量。

注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。