一种对电感式传感器进行激励的交流电流源制造技术

本发明专利技术涉及一种对电感式传感器进行激励的交流电流源，其包括基于FPGA的正弦波发生器，基于FPGA的正弦波发生器输出端输出两路正弦波信号和四路脉冲信号，两路正弦波信号输入波形放大器，放大后输入驱动电路内由驱动电路向电感式传感器传输激励信号；正弦波发生器输出的四路脉冲信号输入至传感器采集电路作为参考时钟；基于FPGA的正弦波发生器包括FPGA芯片，FPGA芯片输出端通过SPI总线分别连接DA转换器，DA转换器的输出端都连接低通滤波器。本发明专利技术采用该交变的电流信号激励电感式传感器线圈，能有效提高电感式传感器的测量精度，提高电流激励信号的抗干扰程度，同时提高传输距离。本发明专利技术可以广泛在各种机械设备润滑油油液的在线监测领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种对电感式传感器进行激励的交流电流源，其包括基于FPGA的正弦波发生器，基于FPGA的正弦波发生器输出端输出两路正弦波信号和四路脉冲信号，两路正弦波信号输入波形放大器，放大后输入驱动电路内由驱动电路向电感式传感器传输激励信号；正弦波发生器输出的四路脉冲信号输入至传感器采集电路作为参考时钟；基于FPGA的正弦波发生器包括FPGA芯片，FPGA芯片输出端通过SPI总线分别连接DA转换器，DA转换器的输出端都连接低通滤波器。本专利技术采用该交变的电流信号激励电感式传感器线圈，能有效提高电感式传感器的测量精度，提高电流激励信号的抗干扰程度，同时提高传输距离。本专利技术可以广泛在各种机械设备润滑油油液的在线监测领域中应用。【专利说明】一种对电感式传感器进行激励的交流电流源
本专利技术涉及一种交流电流源，特别是关于一种对机械设备润滑油油液进行在线监 测使用的电感式传感器进行激励的交流电流源。
技术介绍
润滑油是很多机械设备运行过程中必不可少的组成部分，机器在长时间的运转过 程中，机械部件的磨损一直存在。磨损是影响机械设备使用寿命和工作可靠性的主要原因， 约80%的设备故障由机械磨损所致，且以磨料磨损造成的经济损失最为严重。机械设备 经过长时间运行，磨损产生的细小磨粒逐渐使润滑油污损，降低润滑效果，润滑油污染达到 一定程度时，如果不及时更换润滑油，对设备会造成程度较大的磨损，严重时会造成机械故 障，甚至会造成事故。对于大型或超大型机械设备，很多处于连续运转过程中，如果出现故 障停机将会造成重大的损失，为了实现对该类型设备的科学维护，保证其安全运行，除了对 其运行状态进行监测及故障诊断外，对其使用润滑油液进行在线监测及分析十分必要，且 具有巨大经济价值。对油液进行在线监测使用的传感器有电感式传感器、旋转激光型传感 器、光电型传感器及电化学型传感器等。由于电感式传感器可以制作成不同口径的管型，可 以直接安装在油路中，具有安装方便，不改变原先机械结构的优点，并且电感式传感器测量 精度高，能够实现在线对油液质量进行监测，统计流过的金属磨粒的数目。 电感式传感器直接安装在油路中，通过制作精良的屏蔽线缆与控制单元连接。如 图1(a)所示，电感式传感器内部结构是在非磁性管状骨架上绕制有三个线圈，线圈材料为 漆包线，其中外部两个线圈由一根漆包线绕制，但绕制方向相反，中间的线圈与外部两个线 圈没有连接关系，相互隔离。外部两个绕制方向相反的线圈为激励线圈，两个有变化的电 流流过时，由于两个线圈绕线方向相反，其感应出的磁场方向相反，在两个线圈之间的中点 上，两个激励线圈产生的磁场相互抵消。当带有金属磨粒的油液流过传感器骨架内部的管 道时，造成磁场的扰动，打破中心点原有磁场的平衡，此时位于同一骨架上中部的线圈由于 磁场的变化感应出电动势，该该应电动势通过屏蔽线缆传输至检测单元进行分析可以确定 流过管道的金属磨粒的大小及性质（如图1 (b)所示）。 激励线圈的激励方式对提高电感式传感器的测量精度具有很大影响。由于传感器 安装在机械设备的管路中，激励信号的传输线缆一般比较长，有3?15米的长度，如果采用 电压信号进行传输，传输过程中容易受到电磁干扰，最终导致激励线圈产生的激励磁场发 生变化。因此，如何提高激励信号的抗干扰程度，并提高传输距离是目前亟待解决的技术问 题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种对电感式传感器进行激励的交流电流 源，采用该交变的电流信号激励电感式传感器线圈，能有效提高电感式传感器的测量精度， 提高电流激励信号的抗干扰程度，同时提高传输距离。 为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种对电感式传感器进行激励的交 流电流源，其特征在于：它包括基于FPGA的正弦波发生器、波形放大器、驱动电路、电感式 传感器和传感器采集电路；所述基于FPGA的正弦波发生器输出端输出两路正弦波信号和 四路脉冲信号，所述两路正弦波信号输入所述波形放大器内进行放大，放大后的正弦波信 号输入所述驱动电路内进行功率放大，由所述驱动电路向所述电感式传感器传输激励信 号；所述传感器采集电路用于采集所述电感式传感器的测量信号，且所述正弦波发生器输 出的四路脉冲信号输入至所述传感器采集电路作为参考时钟；所述基于FPGA的正弦波发 生器包括一个FPGA芯片、两个DA转换器和两个低通滤波器；所述FPGA芯片输出端通过 SPI总线分别连接一个所述DA转换器，每个所述DA转换器的输出端都连接一个所述低通滤 波器；所述FPGA芯片内包括一个系统时钟、一个正弦波形相位时钟产生模块、一个正弦波 形频率时钟产生模块、两个相位累加器、一个正弦向量表、两个SPI接口模块和两个脉冲产 生模块；所述正弦波形相位时钟产生模块产生的正弦波相位时钟是由所述系统时钟分频获 得，所述正弦波形频率时钟产生模块产生的正弦波频率时钟是由所述正弦波相位时钟分频 获得；所述正弦波形相位时钟产生模块和正弦波形频率时钟产生模块产生的正弦波相位时 钟、正弦波频率时钟分别输入两个所述相位累加器内，每个所述相位累加器在每次相位脉 冲到来时，所述相位累加器增加一个累加值；以累加值为索引，从预置在所述FPGA芯片内 的所述正弦向量表中选取出数值，所述数值经一个所述SPI接口模块送入一个所述DA转换 器，由所述DA转换器将该数值转换为电压值后输入一个所述低通滤波器；根据每个所述相 位累加器中的累加值，从所述正弦向量表中选取数值输入一个所述脉冲产生模块内，每个 所述脉冲产生模块输出两路TTL电平的脉冲信号；所述低通滤波器采用由电感及电容构成 的LC低通7阶滤波器。 所述波形放大器由依次连接的第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电 路构成三级放大电路；所述第一级放大电路采用2倍增益放大，其包括两个运算放大器U1、 U2和五个电阻R1?R5 ;所述基于FPGA的正弦波发生器输出的一路正弦信号经第一个所述 电阻R1输入第一个所述运算放大器U1的反相端，所述基于FPGA的正弦波发生器1输出的 另一路正弦信号经第二个所述电阻R2输入第二个所述运算放大器U2的反相端；第三个所 述电阻R3至第五个所述电阻R5依次串联后，并联在第一个所述运算放大器U1与第二个所 述运算放大器U2输出端之间；第一个所述运算放大器U1的正向端连接在第三个所述电阻 R3与第四个所述电阻R4之间，第二个所述运算放大器U2的正向端连接在第四个所述电阻 R4与第五个所述电阻R5之间；第二级放大电路采用1倍增益放大，其包括第三个运算放大 器U3和四个电阻R6?R9 ;所述第一级放大电路的一输出端连接第六个所述电阻R6 -端， 第六个所述电阻R6另一端分别连接第七个所述电阻R7 -端和第三个所述运算放大器U3 的反相端；第七个所述电阻R7的另一端连接第三个所述运算放大器U3的输出端构成所述 第二级放大电路的输出端；所述第一级放大电路的另一输出端连接由第八个所述电阻R8 和第九个所述电阻R9构成的串联支路，第三个所述运算放大器U3的正向端连接在第八个 所述电阻R8和第九个所述电阻R9之间，且第九个所述电阻R9接地；所述第三级放大电路 采用2倍增益放大，其包括第四个、第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对电感式传感器进行激励的交流电流源，其特征在于：它包括基于FPGA的正弦波发生器、波形放大器、驱动电路、电感式传感器和传感器采集电路；所述基于FPGA的正弦波发生器输出端输出两路正弦波信号和四路脉冲信号，所述两路正弦波信号输入所述波形放大器内进行放大，放大后的正弦波信号输入所述驱动电路内进行功率放大，由所述驱动电路向所述电感式传感器传输激励信号；所述传感器采集电路用于采集所述电感式传感器的测量信号，且所述正弦波发生器输出的四路脉冲信号输入至所述传感器采集电路作为参考时钟；所述基于FPGA的正弦波发生器包括一个FPGA芯片、两个DA转换器和两个低通滤波器；所述FPGA芯片输出端通过SPI总线分别连接一个所述DA转换器，每个所述DA转换器的输出端都连接一个所述低通滤波器；所述FPGA芯片内包括一个系统时钟、一个正弦波形相位时钟产生模块、一个正弦波形频率时钟产生模块、两个相位累加器、一个正弦向量表、两个SPI接口模块和两个脉冲产生模块；所述正弦波形相位时钟产生模块产生的正弦波相位时钟是由所述系统时钟分频获得，所述正弦波形频率时钟产生模块产生的正弦波频率时钟是由所述正弦波相位时钟分频获得；所述正弦波形相位时钟产生模块和正弦波形频率时钟产生模块产生的正弦波相位时钟、正弦波频率时钟分别输入两个所述相位累加器内，每个所述相位累加器在每次相位脉冲到来时，所述相位累加器增加一个累加值；以累加值为索引，从预置在所述FPGA芯片内的所述正弦向量表中选取出数值，所述数值经一个所述SPI接口模块送入一个所述DA转换器，由所述DA转换器将该数值转换为电压值后输入一个所述低通滤波器；根据每个所述相位累加器中的累加值，从所述正弦向量表中选取数值输入一个所述脉冲产生模块内，每个所述脉冲产生模块输出两路TTL电平的脉冲信号；所述低通滤波器采用由电感及电容构成的LC低通7阶滤波器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谷玉海，王立勇，王少红，马超，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11