变压器式非接触角度传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种变压器式非接触角度传感器，设置有震荡驱动电路和变压传感器，其中变压传感器设置有励磁线圈和感应线圈，且励磁线圈和感应线圈中套装有同一导磁体，所述震荡驱动电路的输出端连接在所述变压传感器的励磁线圈上，所述感应线圈连接在处理电路上，该处理电路的输出端连接有第一输出电路，其特征在于：所述处理电路为峰值检测电路。其显著效果是：可以减少变压器的线圈匝数、使传感器的小型化、低功耗、低温漂。不但具备优良性能，还可以使变压器式传感器可以更方便地制造，并能应用到更多的条件中。本实用新型专利技术的示值范围大、输出曲线可以定制的变压器式角度传感装置，能适用于各种角位移的检测。满足不同弧度的角度位移检测需要，且其输出线性也可以按照需要设置制作。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于传感器
，具体地说，是一种变压器式传感器专用电路。
技术介绍
差动变压器式传感器，是将被测的非电量变化转变为线圈互感量变化的装置.这 种传感器主要是根据变压器的原理制成的，由于该类传感器具有结构简单，灵敏度高等优 点，被广泛用于位移量的测量。变压器式传感器的线圈输出为交流信号，需要通过电路转换 与处理才能有效利用。传统方案是采用二极管构成的相敏检波电路、或者调频、调相电路等 寸。但这些电路仍然有几个显著缺点一是灵敏度差，需要足够匝数的线圈，例如 2000匝，才能进行较好的处理。线圈匝数过多，导致传感器的体积无法缩小。二是温漂较大。由于线圈匝数足够多，随着温度的变化，线圈的内阻变化较大，成 为引起输出变化的主要原因之一。因此，一般需要采用差动式结构来抵消温漂现象。差动 式结构需要对称的线圈结构，这增加了传感器的复杂程度和工艺难度，进一步增大了传感 器体积。三是输出曲线单一。由于采用了差动式结构，其输出信号为两组线圈的差值，呈直 线型信号。对于其它类型的输出曲线，例如指数型、折线型，则很难实现。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种变压器式非接触角度传感器，可以减少变压器的线 圈匝数、使传感器的小型化、低功耗、低温漂。为达到上述目的，本技术提供了一种变压器式非接触角度传感器，设置有震 荡驱动电路和变压传感器，其中变压传感器设置有励磁线圈和感应线圈，且励磁线圈和感 应线圈中套装有同一导磁体，所述震荡驱动电路的输出端连接在所述变压传感器的励磁线 圈上，所述感应线圈连接在处理电路上，该处理电路的输出端连接有第一输出电路，其关键 在于所述处理电路为峰值检测电路。所述励磁线圈和感应线圈安装在同一底座上，且所述励磁线圈和感应线圈呈圆弧 形，所述导磁体为圆弧形导磁条。所述底座上还固定有线圈骨架，该线圈骨架内开有通道，所述导磁体伸入通道中， 所述感应线圈缠绕在该线圈骨架上。底座以印刷电路板为主，线圈骨架可以是一个圆弧形骨架，也可以是多个短的小 骨架按圆弧排列焊接在电路板上，采用细的漆包线或皮包线缠绕在线圈骨架上，就形成圆 弧线圈。所述线圈骨架的横截面为“U”形或“0”形或“η”形。线圈骨架有多种形式，只要能在骨架内设置一个便于圆弧导磁体转动的空间，能 在骨架外缠绕线圈即可。所述线圈骨架的横截面由大到小或由小到大，该线圈骨架线圈的横截面也由大到小或由小到大。线圈的横截面变化，可以调整感应线圈的输出线性。所述导磁体由至少两层导磁条重叠组成，且伸入所述感应线圈内的相邻导磁条间 的长度依次递增。不同长度的磁条，可以调整感应线圈的输出线性。所述感应线圈疏密配合绕制在所述线圈骨架上。线圈可以按照前疏后密、前密后疏、或疏密间隔的方式绕制，也可以分组绕制，即 多匝导线绕成一组，组与组之间的间隙为疏密不同，这样可以根据需要调整感应线圈的输 出线性。公知的输出曲线控制技术是采用差动式线圈结构。以螺管型差动式线圈为例，在 中空的直筒型螺管上，励磁线圈均勻绕满螺管，感应线圈则绕在励磁线圈外层，分为左右若 干组，各组均为对称绕制，利用对称线圈信号的差值作为输出曲线，但公知的技术输出都为 线性，还未见其它特殊输出曲线的报道。本技术通过变化匝间距的规律来控制输出线 性，新颖而实用，这比单片机、运算电路等输出调节方式都更为简便、更易控制成本。所述导磁体到感应线圈的最小直线距离大于1mm。所述线圈骨架中还固定有第二导磁块，该第二导磁块靠近所述导磁体的运行轨 迹。所述第二导磁块，位于所述导磁体的运行轨迹的末端。第二导磁块固定在制定位置，当导磁体行进到该位置时，感应线圈上的感应信号 发生骤变，便于后续电路识别。所述导磁体由至少两层导磁条重叠组成，且伸入所述感应线圈内的相邻导磁条间 的长度依次递增。不同长度的磁条，可以调整感应线圈的输出线性。位于所述感应线圈以外的导磁体连接有支臂，该支臂上安装有转轴，该转轴位于 所述导磁体的圆弧圆心处。所述转轴上固定有主动臂，所述底座上固定有左、右限位块，其中左限位块位于所 述主动臂移动轨迹的左端，右限位块位于所述主动臂移动轨迹的右端，所述左、右限位块限 制所述主动臂的移动范围。左、右限位块限制所述支臂的移动范围。也限制了导磁体的摆动行程，避免导磁体 的行程超限。所述励磁线圈也可以固定在导磁体上或支臂上或转轴上。用导磁体制作支臂和转轴，就可以将励磁线圈固定在支臂上或转轴，只要能将绝 大部分磁力线引入导磁体就可以。励磁线圈经活动导线与信号源相连接。也可以固定住磁条，将骨架和感应线圈固定在支臂上，转轴带动支臂旋转，而感应 线圈与焊接在电路板上的活动线连接。所述震荡驱动电路为脉冲开关电路，该脉冲开关电路为单片机发送的矩形脉冲驱 动电路，或为RC震荡脉冲驱动电路，或为交变电流耦合电容后输出的峰值脉冲驱动电路。公知技术中驱动励磁线圈的波形为正弦波，或三角波，或锯齿波，这些波形变化平 缓，可以减小次级感应信号失真，但这样做也有缺陷平缓的波形使得线圈的感应幅值很低，并且，由于线圈中形成的是连续渐变电流，其平均功耗比较大；而本技术采用脉冲 开关电路，线圈中的电流在达到峰值后迅速关断，可以使平均功耗明显减小。采用脉冲开关 电路同时也可以使线圈中的电流迅速变化，可以达到更高的感应峰值，这虽然会造成失真， 但不会影响传感器性能。脉冲发生电路有多种多样，但都是成熟技术。只要根据实际情况需要和峰值电压， 足够满足后续电路的驱动能量，配置合适的占空比就可以。按照 传统的技术方案，由于励磁线圈与感应线圈的感应信号存在衰减，如果要提 升次级输出信号的幅值，第一方案是增加线圈的匝数以减少衰减，但这样会增大结构体积、 第二方案是提高初级驱动电压，但这样会增大功耗，两个方案都造成了不利影响。而采用本技术，由于使用脉冲开关电路驱动，励磁线圈在多数时间内电流为 零，如果提升励磁线圈的瞬时电压幅值，对平均功耗的影响很小，但感应线圈的感应输出信 号就可以得到提升。采用本技术，可以减少线圈的匝数，从数千匝减少到数百匝甚至数 十匝。这样就简化了变压器的结构，减小了变压器的体积。为了更好地处理感应线圈的输出信号，本技术进一步采用了峰值检测电路， 所述峰值检测电路设置有运放，该运放的正向输入端接所述感应线圈，输出端接二极管的 正极，该二极管的负极串第一电阻后接地，该二极管的负极还接第二电阻的前端，该第二电 阻的后端接所述运放的负向输入端，该第二电阻的后端还串电容后接地，该第二电阻的后 端接所述第一输出电路。所述第一电阻的阻值大于或等于第二电阻。第一电阻能够增加运放的输出电流，并且使二极管除了向电容充电以外，还有另 一个电流通路，以防止运放和二极管工作在小电流模式下，造成不稳定。同时，第一电阻兼 作电容的放电回路，此时，第一电阻应大于第二电阻，使电容实现快速充电、缓慢放电。这种 峰值检测电路的温度特性特别理想，也能够处理mV级别的信号。在传统的由运放构成的峰 值检测电路中，没有设置第一电阻，其效果不够理想。传统变压器式传感器采用相敏检波电路。相敏检波电路主要由二极管组成，公知 的是，二极管存在截止电压，在线圈输出信号小于600mV时，二极管截止，不能准确处理信 号，因此，仍然需要较多的线圈匝数，以保证次级输出电压的幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变压器式非接触角度传感器，设置有震荡驱动电路（１１）和变压传感器，其中变压传感器设置有励磁线圈（１）和感应线圈（２），且励磁线圈（１）和感应线圈（２）中套装有同一导磁体（３），所述震荡驱动电路（１１）的输出端连接在所述变压传感器的励磁线圈（１）上，所述感应线圈（２）连接在处理电路上，该处理电路的输出端连接有第一输出电路（１４），其特征在于：所述处理电路为峰值检测电路（１３）。

【技术特征摘要】
一种变压器式非接触角度传感器，设置有震荡驱动电路(11)和变压传感器，其中变压传感器设置有励磁线圈(1)和感应线圈(2)，且励磁线圈(1)和感应线圈(2)中套装有同一导磁体(3)，所述震荡驱动电路(11)的输出端连接在所述变压传感器的励磁线圈(1)上，所述感应线圈(2)连接在处理电路上，该处理电路的输出端连接有第一输出电路(14)，其特征在于所述处理电路为峰值检测电路(13)。2.根据权利要求1所述的变压器式非接触角度传感器，其特征在于所述励磁线圈(1) 和感应线圈(2)安装在同一底座上，且所述励磁线圈(1)和感应线圈(2)呈圆弧形，所述导 磁体(3)为圆弧形导磁条。3.根据权利要求2所述的变压器式非接触角度传感器，其特征在于所述底座(7)上 还固定有线圈骨架(4)，该线圈骨架(4)内开有通道，所述导磁体(3)伸入通道中，所述感应 线圈⑵缠绕在该线圈骨架(4)上。4.根据权利要求3所述的变压器式角度传感装置，其特征在于所述线圈骨架(4)的 横截面由大到小或由小到大，该线圈骨架(4)线圈的横截面也由大到小或 由小到大。5.根据权利要求2所述的变压器式角度传感装置，其特征在于所述感应线圈(2)疏 密配合绕制在所述线圈骨架(4)上。6.根据权利要求2所述的变压器式角度传感装置，其特征在于所述线圈骨架(4)中 还固定有第二导磁块(9)，该第二导磁块(9)靠近所述导磁体(3)的运行轨迹。7.根据权利要求1或2所述的变压器式角度传感装置，其特征在于所述导磁体(3)由 至少两层导磁条重叠组成，且伸入所述感应线圈(2)内的相邻导磁条间的长度依次递增。8.根据权利要求1或2所述的变压器式角度传感装置，其特征在于位于所述感应线 圈(2)以外的导磁体(3)连接有支臂(6)，该支臂(6)上安装有转轴(5)，该转轴(5)位于 所述导磁体(3)的圆弧圆心处。9.根据权利要求8所述的变压器式角度传感装置，其特征在于所述转轴(5)上固定 有主动臂(10)，所述底座(7)上固定有左、右限位块(8、8’)，其中左限位块(8)位于所述 主动臂(10)移动轨迹的左端，右限位块(8’ )位于所述主动臂(10)移动轨迹的右端，所述 左、右限位块(8、8’ )限制所述主动臂(10)的移动范围。10.根据权利要求1所述的变压器式非接触角度传感器，其特征在于所述震荡驱动电 路(11)为脉冲开关电路，该脉冲开关电路为单片机...

【专利技术属性】
技术研发人员：何洪策，蒋勤舟，
申请(专利权)人：蒋勤舟，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]