位移检测电路、电涡流位移传感器及其校正电路和方法

摘要

本发明公开了一种位移检测电路、电涡流位移传感器及其校正电路和方法。其中，电涡流位移传感器的校正电路包括：产生电路，输入端用于接收电涡流位移传感器的输出电压，输出端用于输出与输出电压成比例的调节电压；二极管，阳极与产生电路的输出端相连接；以及加法电路，输入端与二极管的阴极相连接，并接收输出电压，输出端用于输出对输出电压进行补偿后的校正电压。本发明解决了现有技术中电涡流位移传感器的校正电路的电路结构复杂的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体而言，涉及一种位移检测电路、电涡流位移传感 器及其校正电路和方法。

背景技术

电涡流传感器作为非接触式测量元器件，应用在位移检测装置中，图1是电涡流 传感器的输出电压与检测距离的曲线图，如图1所示，电涡流传感器输出的电压在一 定的检测范围内，与检测距离呈线性关系,但是超出一定的范围其输出的电压与检测的 距离不再为线性关系，因此电涡流传感器的非线性校正技术的引用是至关重要的。图 1中示意性示出了检测距离S0处为线性拐点处，在检测距离S0处，电涡流传感器的 输出电压为V0，其中，检测距离是指检测体与电涡流传感器的探头之间的距离。

现有技术中，电涡流位移传感器线性校正方法主要两种方法，一种为软件线性校 正法，其方法是通过芯片将原始数据采集进来，再通过曲线拟合等方法来进行校正， 这种方法必须要通过程序处理，故响应速度较慢，动态响应较差。另一种方法是通过 硬件电路来实现校正，目前常用的方法是通过指数运算电路实现线性补偿等，这种方 法电路设计复杂，且指数运算电路只对较远处起作用，对较近的距离反而具有衰减作 用，影响补偿效果。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种位移检测电路、电涡流位移传感器及其校正电路和方法， 以至少解决现有技术中电涡流位移传感器的校正电路的电路结构复杂的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电涡流位移传感器的校正电路，包括： 产生电路，输入端用于接收所述电涡流位移传感器的输出电压，输出端用于输出与所 述输出电压成比例的调节电压；二极管，阳极与所述产生电路的输出端相连接；以及 加法电路，输入端与所述二极管的阴极相连接，并接收所述输出电压，输出端用于输 出对所述输出电压进行补偿后的校正电压。

进一步地，所述产生电路包括：第一运算放大器，输入端用于接收所述输出电压， 输出端与所述二极管的阳极相连接；以及第一外围电路，与所述第一运算放大器相连 接。

进一步地，所述第一外围电路包括：第一电阻，第一端用于接收所述输出电压， 第二端与所述第一运算放大器的正相输入端相连接；第二电阻，连接在第一节点和信 号地之间，其中，所述第一节点为所述第一电阻的第二端与所述第一运算放大器的正 相输入端之间的节点；第三电阻，连接在信号地和所述第一运算放大器的反相输入端 之间；以及第四电阻，连接在第二节点和第三节点之间，其中，所述第二节点为所述 第三电阻与所述第一运算放大器的反相输入端之间的节点，所述第三节点为所述第一 运算放大器的输出端与所述二极管的阳极之间的节点。

进一步地，所述第一电阻和所述第三电阻的阻值相同，所述第二电阻和所述第四 电阻的阻值相同。

进一步地，所述加法电路包括：第二运算放大器，输入端与所述二极管的阴极相 连接，并接收所述输出电压，输出端用于输出所述校正电压；以及第二外围电路，与 所述第二运算放大器相连接。

进一步地，所述第二外围电路包括：第五电阻，第一端用于接收所述输出电压， 第二端与所述第二运算放大器的正相输入端相连接；第六电阻，连接在所述二极管的 阴极与所述第二运算放大器的正相输入端之间；第七电阻，连接在信号地和所述第二 运算放大器的反相输入端之间；以及第八电阻，连接在第四节点和所述第二运算放大 器的输出端之间，其中，所述第四节点为所述第七电阻与所述第二运算放大器的反相 输入端之间的节点。

进一步地，所述第五电阻和所述第七电阻的阻值相同，所述第六电阻和所述第八 电阻的阻值相同。

进一步地，所述校正电路还包括：第九电阻，连接在所述二极管的阴极与信号地 之间。

根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种电涡流位移传感器，该电涡流位移 传感器包括本发明上述内容所提供的任一种电涡流位移传感器的校正电路。

根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种位移检测电路，该位移检测电路包 括本发明上述内容所提供的任一种电涡流位移传感器。

根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种电涡流位移传感器的校正方法的实 施例，包括：在所述电涡流位移传感器的输出电压大于预设电压的情况下，计算与所 述输出电压成比例的调节电压；以及利用所述调节电压对所述输出电压进行补偿，得 到所述输出电压的校正电压。

在本发明实施例中，采用具有以下结构的电涡流位移传感器的校正电路：产生电 路，输入端用于接收所述电涡流位移传感器的输出电压，输出端用于输出与所述输出 电压成比例的调节电压；二极管，阳极与所述产生电路的输出端相连接；以及加法电 路，输入端与所述二极管的阴极相连接，并接收所述输出电压，输出端用于输出对所 述输出电压进行补偿后的校正电压。通过利用产生电路产生与电涡流位移传感器的输 出电压成比例的调节电压，并将调节电压和原始的输出电压均输送至加法电路，实现 了利用调节电压来对输出电压进行补偿，得到校正电压。校正电路中二极管的设置则 能够保障在输出电压达到某个电压值之前，二极管是截止的，加法电路只接收到输出 电压，在输出电压达到这个电压值之后，二极管导通，加法电路利用调节电压来对输 出电压进行补偿，得到校正电压，即实现了在电涡流位移传感器的输出电压与检测距 离成线性时，不进行电压的补偿，当二者成非线性关系时，进行电压补偿，实现线性 校正。此种校正电路只需产生相关调节电压，利用加法电路进行电压补偿，同时利用 二极管的导通或截止来控制补偿与否，电路的搭建比较简单，达到了降低电路成本， 提高电路稳定性的技术效果，进而解决了现有技术中电涡流位移传感器的校正电路的 电路结构复杂的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图 中：

图1是电涡流传感器的输出电压与检测距离的曲线图；

图2是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路的示意图；

图3是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路中二极管D的电压与电 流的曲线图；

图4是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路进行电压校正后，电涡 流传感器的输出电压与检测距离的曲线图；

图5是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路的电路图；以及

图6是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明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 仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于 本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第 二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这 样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在 这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的 任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方 法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚 地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图2是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路的示意图，如图2所示， 该校正电路包括产生电路10、二极管D和加法电路20。

产生电路10的输入端用于接收电涡流位移传感器的输出电压，输出端用于输出与 输出电压成比例的调节电压。

二极管D的阳极与产生电路10的输出端相连接。

加法电路20的输入端与二极管D的阴极相连接，并接收输出电压，输出端用于输 出对输出电压进行补偿后的校正电压。

产生电路能够产生与电涡流位移传感器的输出电压成比例的调节电压。

图3是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路中二极管D的电压与电 流的曲线图。如图3所示，二极管D具有单向导通特性，当加在二极管D上的电压小 于导通阈值电压Vth时，二极管D是截止的，当加在二极管D上的电压大于或等于导 通阈值电压Vth时，二极管D导通。

在本发明实施例中，产生电路10的输出端所输出的调节电压需满足以下条件：在 电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成线性关系时，产生电路10的输出端输出的 电压小于二极管D的导通阈值电压，二极管D是截止的，加法电路只接收到输出电压， 此时不进行电压补偿；在电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成非线性关系时， 产生电路10的输出端输出的电压大于二极管D的导通阈值电压，二极管D是导通的。

图4是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路进行电压校正后，电涡 流传感器的输出电压与检测距离的曲线图。如图4所示，由于在电涡流位移传感器的 输出电压与检测距离成非线性关系时，产生电路10的输出端输出的电压大于二极管D 的导通阈值电压，二极管D是导通的，此时，加法电路可以利用调节电压来对输出电 压进行补偿，得到校正电压，实现线性校正。V_out表示未使用校正电路进行校正的情况 下，电涡流位移传感器的输出电压。V_out′表示使用校正电路进行校正的情况下，电涡 流位移传感器的输出电压。

通过利用产生电路产生与电涡流位移传感器的输出电压成比例的调节电压，并将 调节电压和原始的输出电压均输送至加法电路，实现了利用调节电压来对输出电压进 行补偿，得到校正电压。校正电路中二极管的设置则能够保障在输出电压达到某个电 压值之前，二极管是截止的，加法电路只接收到输出电压，在输出电压达到这个电压 值之后，二极管导通，加法电路利用调节电压来对输出电压进行补偿，得到校正电压， 即实现了在电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成线性时，不进行电压的补偿， 当二者成非线性关系时，进行电压补偿，实现线性校正。此种校正电路只需产生相关 调节电压，利用加法电路进行电压补偿，同时利用二极管的导通或截止来控制补偿与 否，电路的搭建比较简单，达到了降低电路成本，提高电路稳定性的技术效果，进而 解决了现有技术中电涡流位移传感器的校正电路的电路结构复杂的技术问题。

图5是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正电路的电路图，如图5所示， 在本发明实施例中，产生电路10包括第一运算放大器U1和第一外围电路。第一运算 放大器U1的输入端用于接收输出电压，第一运算放大器U1的输出端与二极管D的阳 极相连接。第一外围电路为第一运算放大器U1的外围电路，与第一运算放大器U1相 连接。

可选地，第一外围电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻 R4。第一电阻R1的第一端用于接收输出电压，第二端与第一运算放大器U1的正相输 入端相连接。第二电阻R2连接在第一节点和信号地之间，其中，第一节点为第一电阻 R1的第二端与第一运算放大器U1的正相输入端之间的节点。第三电阻R3连接在信号 地和第一运算放大器U1的反相输入端之间。第四电阻R4连接在第二节点和第三节点 之间，其中，第二节点为第三电阻R3与第一运算放大器U1的反相输入端之间的节点， 第三节点为第一运算放大器U1的输出端与二极管D的阳极之间的节点。

在图5所示出的电涡流位移传感器的校正电路中，当电涡流位移传感器的校正前 的输出电压为V_out时，即，第一运算放大器U1的正相输入端接收的电压为V_out，第一运 算放大器U1的输出端输出的电压V₁的表达式为

即，当第一外围电路的电阻确定的情况下，第一运算放大器U1的输出端输出的电 压V₁与正相输入端接收的电压V_out的大小成正比关系，比例系数由第一外围电路决定。 如果需要对第一运算放大器U1正相输入端接收的电压放大k倍，则只需要保证 即可，因此，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4 的阻值的选取具有多种方案。

通过选取合适的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值， 能够使得，当电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成线性时，第一运算放大器U1 的输出端输出的电压V₁小于二极管D的导通阈值电压，因此，二极管D处于截止状态， 不进行电压补偿；当电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成非线性时，第一运算 放大器U1的输出端输出的电压V₁大于二极管D的导通阈值电压，因此，二极管D处于 导通状态，进行电压补偿，实现线性校正。

可选地，第一电阻R1和第三电阻R3的阻值相同，第二电阻R2和第四电阻R4的 阻值相同。

当R₁＝R₃且R₂＝R₄时，V_out简化为可以清楚地看出， 当V_out一定时，通过调节R₁和R₂的大小，可以得到合适的V₁值。例如，如果需要使第 一运算放大器U1的输出端输出的电压V₁与正相输入端接收的电压V_out的大小成5倍关 系，那么选取第一电阻R1和第二电阻R2时，满足R₂＝5R₁即可。再例如，如果需要使 第一运算放大器U1的输出端输出的电压V₁是正相输入端接收的电压V_out的大小的0.1 倍，那么选取第一电阻R1和第二电阻R2时，满足R₂＝0.1R₁即可。

可选地，加法电路20包括第二运算放大器U2和第二外围电路。第二运算放大器 U2的输入端与二极管D的阴极相连接，并接收输出电压，输出端用于输出校正电压。 第二外围电路与第二运算放大器U2相连接。

可选地，第二外围电路包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电 阻R8。第五电阻R5的第一端用于接收输出电压，第二端与第二运算放大器U2的正相 输入端相连接。第六电阻R6连接在二极管D的阴极与第二运算放大器U2的正相输入 端之间。第七电阻R7连接在信号地和第二运算放大器U2的反相输入端之间。第八电 阻R8连接在第四节点和第二运算放大器U2的输出端之间，其中，第四节点为第七电 阻R7与第二运算放大器U2的反相输入端之间的节点。

第二运算放大器U2的正向输入端接收的电压是V_out，输出端输出的电压是V_out′， V_out′与V_out之间的关系为${V^{\prime }}_{out}=\frac{R_6{V}_{out}+R_5{V}_2}{R_5+R_6}\times \frac{R_7+R_8}{R_7}.$

通过选取第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8合适的阻值，可 以将第二运算放大器U2的正向输入端接收的电压放大之后进行输出。如果需要对第二 运算放大器U2的正向输入端接收的电压放大k倍进行输出，只需要保证 即可，因此，当第二运算放大器U2的正向输入端接收的 电压是V_out为定值时，第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的阻值 的选取有多种。

通过选取合适的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电 阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的阻值，能够使得，当电涡流位移传 感器的输出电压与检测距离成线性时，第一运算放大器U1的输出端输出的电压V₁小于 二极管D的导通阈值电压，因此，二极管D处于截止状态，不进行电压补偿；当电涡 流位移传感器的输出电压与检测距离成非线性时，第一运算放大器U1的输出端输出的 电压V₁大于二极管D的导通阈值电压，因此，二极管D处于导通状态，加法电路利用 调节电压V₁来对V_out进行补偿，实现线性校正，得到校正电压V_out′。

可选地，第五电阻R5和第七电阻R7的阻值相同，第六电阻R6和第八电阻R8的 阻值相同。

当R₅＝R₇且R₆＝R₈时，${V^{\prime }}_{out}=\frac{R_6{V}_{out}+R_5{V}_2}{R_5+R_6}\times \frac{R_7+R_8}{R_7}$简化为${V^{\prime }}_{out}=\frac{R_6}{R_5}{V}_{out}+V_2.$

可选地，校正电路还包括第九电阻R9。该第九电阻R9连接在二极管D的阴极与 信号地之间。

本发明实施例还提供了一种电涡流位移传感器，该电涡流位移传感器包括本发明 上述内容所提供的任一种电涡流位移传感器的校正电路。

本发明实施例还提供了一种位移检测电路，该位移检测电路包括本发明上述内容 所提供的任一种电涡流位移传感器。

根据本发明实施例，还提供了一种电涡流位移传感器的校正方法的实施例，该电 涡流位移传感器的校正方法可以通过本发明实施例上述内容所提供的任一种电涡流位 移传感器的校正电路来执行，以下对本发明实施例所提供的电涡流位移传感器的校正 方法进行说明。

图6是根据本发明实施例的电涡流位移传感器的校正方法的流程图。如图6所示， 该方法包括以下步骤：

S602，在电涡流位移传感器的输出电压大于预设电压的情况下，计算与输出电压 成比例的调节电压。

S604，利用调节电压对输出电压进行补偿，得到输出电压的校正电压。

在电涡流位移传感器的输出电压与检测距离成线性时，电涡流位移传感器的输出 电压小于预设电压，不产生调节电压，不进行电压的补偿。在电涡流位移传感器的输 出电压与检测距离成非线性关系时，电涡流位移传感器的输出电压大于预设电压，产 生调节电压，利用调节电压进行电压补偿，实现线性校正。此种校正电路只需产生相 关调节电压，电路的搭建比较简单，达到了降低电路成本，提高电路稳定性的技术效 果，进而解决了现有技术中电涡流位移传感器的校正电路的电路结构复杂的技术问题。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有 详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它 的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分， 可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模 块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到 多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案 的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以 是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成 的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时， 可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质 上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的 形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一 台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所 述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘 等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也应视为本发明的保护范围。