(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111308116 A(43)申请公布日 2020.06.19
(21)申请号 201911192194.9(22)申请日 2019.11.28
(71)申请人 四川泛华航空仪表电器有限公司
地址 610500 四川省成都市新都工业东区
兴业路389号(72)发明人 李佩轶 (51)Int.Cl.
G01P 3/481(2006.01)H03F 1/26(2006.01)
权利要求书2页 说明书5页 附图4页
CN 111308116 A(54)发明名称
一种电感式转速传感器信号测量装置及测量方法(57)摘要
本发明公开了一种电感式转速传感器信号测量装置，分别与自检信号、电感式转速传感器连接，与电感式转速传感器输入端连接的双相位载波发生电路、依次与电感式转速传感器输出端连接的调幅信号放大电路、调幅信号检波电路、迟滞比较电路、信号电平变换电路；所述双相位载波发生电路与自检信号连接。将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。本发明摒弃了传统的电感式传感器普遍采用的电桥式测量原理，不再使用变压器作为测量电路的一部分，缩小了电路的尺寸、重量和功耗。
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权 利 要 求 书
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1.一种电感式转速传感器信号测量装置，分别与自检信号、电感式转速传感器连接，其特征在于：与电感式转速传感器输入端连接的双相位载波发生电路、依次与电感式转速传感器输出端连接的调幅信号放大电路、调幅信号检波电路、迟滞比较电路、信号电平变换电路；所述双相位载波发生电路与自检信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述双相位载波发生电路包括与自检信号连接的正弦信号发生器、与正弦信号发生器连接的放大器U1、放大器U2，所述放大器U1的输出端、放大器U2的输出端分别与电感式转速传感器连接；所述放大器U1的正相输入端与正弦信号发生器的引脚UOA连接；所述放大器U1的反向输入端还连接有电阻R1、电容C1，所述电阻R1、电容C1的另外一端与所述放大器U1的输出端连接，所述放大器U1的输出端与电感式转速传感器连接之间连接有电阻R2。
3.根据权利要求2所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述放大器U2的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB连接；所述放大器U2的反向输入端连接有电阻R3和电容C2，所述电阻R3和电容C2的另外一端与所述放大器U2的输出端连接，所述放大器U2的输出端与电感式转速传感器连接连接有电阻R4；所述放大器U2的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB之间设置有电阻R5；所述放大器U2的正向输入端连接有电阻R6，电阻R6的另一端接地。
4.根据权利要求3所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述调幅信号放大电路包括与正向输入端与电感式转速传感器连接的放大器U3、与放大器U3的反向输入端连接的电阻R9以及分别与放大器U3的反向输入端和输出端连接的电阻R7。
5.根据权利要求4所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述调幅信号检波电路包括正极与放大器U3的输出端连接的二极管D1、分别与二极管负极连接的电容C3和电阻R8，电容C3的另一端、电阻R8的另一端均接地，二极管的负极作为输出端与迟滞比较电路连接。
6.根据权利要求5所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述迟滞比较电路包括电阻R10~电阻R14、电容C4、放大器U4；所述电阻R10的一端与二极管D1的负极连接，电阻R10的另一端分别与电容C4的一端、放大器U4的反向输入端连接，放大器U4的正向输入端分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端连接，电阻R13的另一端分别与电阻R11、电阻R12连接，电阻R14的另一端与放大器U4的输出端连接。
7.根据权利要求6所述的一种电感式转速传感器信号测量装置，其特征在于：所述信号电平变换电路包括电阻R16、电阻R117、二极管D2、三极管Q1；放大器U4的输出端还与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地，三极管Q1的集电极连接电阻R17，且输出脉冲信号。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种电感式转速传感器信号测量装置的测量方法，其特征在于：将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。
9.根据权利要求8所述的一种电感式转速传感器信号测量装置的测量方法，其特征在于：
具体包括以下步骤：
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步骤S1：双相位载波发生电路产生两路相位相差180°，峰-峰值相同的正弦载波信号，将载波信号作用于电感式转速传感器敏感元件；
步骤S2：将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号；步骤S3：通过调幅信号放大电路对调幅信号双边包络进行放大；步骤S4：调幅信号检波电路对调幅信号放大电路:的输出信号进行单边包络检波；步骤S5：迟滞比较电路:对调幅信号检波电路的输出信号进行电压比较形成方波信号；步骤S5：信号电平变换电路对迟滞比较电路的输出信号进行电平变换，经过波形放大和整形成供计算机采集的脉冲信号。
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说 明 书
一种电感式转速传感器信号测量装置及测量方法
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技术领域
[0001]本发明涉及转速测量技术领域，具体的说，是一种电感式转速传感器信号测量装置及测量方法。
背景技术
[0002]转速测量在工业、农业以及人们的日常生活中起着举足轻重的作用,转速传感器作为测量转速仪表因此也被广泛的应用。现在转速传感器最广泛的分类法,即分为:磁电式转速传感器、光电式转速传感器和霍尔式转速传感器。每种传感器都有它特定的适用性，也都有它的局限性。磁电式转速传感器是应用导磁体在磁场中旋转产生感应电动势，而感应电动势又和转速大小成正比，通过测电动势来反映转速的原理而制成的。磁电式转速传感器造价较高，且信号易受外磁场干扰。目前，传统的电感式转速传感器普遍采用的是电桥式测量原理，使用变压器作为测量电路的一部分，电路的尺寸、重量和功耗都比较大，不利于测量电路的小型化。传统测量的测量电路不具有自检测功能，无法实现电路的自检测，无法实现传感器在线检测。
发明内容
[0003]本发明的目的在于提供一种电感式转速传感器信号测量装置，摒弃了传统的电感式传感器普遍采用的电桥式测量原理，不再使用变压器作为测量电路的一部分，大大缩小了电路的尺寸、重量和功耗。
[0004]本发明通过下述技术方案实现：
一种电感式转速传感器信号测量装置，分别与自检信号、电感式转速传感器连接，与电感式转速传感器输入端连接的双相位载波发生电路、依次与电感式转速传感器输出端连接的调幅信号放大电路、调幅信号检波电路、迟滞比较电路、信号电平变换电路；所述双相位载波发生电路与自检信号连接。[0005]进一步地，为了更好的实现本发明，所述双相位载波发生电路包括与自检信号连接的正弦信号发生器、与正弦信号发生器连接的放大器U1、放大器U2，所述放大器U1的输出端、放大器U2的输出端分别与电感式转速传感器连接；所述放大器U1的正相输入端与正弦信号发生器的引脚UOA连接；所述放大器U1的反向输入端还连接有电阻R1、电容C1，所述电阻R1、电容C1的另外一端与所述放大器U1的输出端连接，所述放大器U1的输出端与电感式转速传感器连接之间连接有电阻R2。[0006]进一步地，为了更好的实现本发明，所述放大器U2的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB连接；所述放大器U2的反向输入端连接有电阻R3和电容C2，所述电阻R3和电容C2的另外一端与所述放大器U2的输出端连接，所述放大器U2的输出端与电感式转速传感器连接连接有电阻R4；所述放大器U2的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB之间设置有电阻R5；所述放大器U2的正向输入端连接有电阻R6，电阻R6的另一端接地。[0007]进一步地，为了更好的实现本发明，所述调幅信号放大电路包括与正向输入端与
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电感式转速传感器连接的放大器U3、与放大器U3的反向输入端连接的电阻R9以及分别与放大器U3的反向输入端和输出端连接的电阻R7。[0008]进一步地，为了更好的实现本发明，所述调幅信号检波电路包括正极与放大器U3的输出端连接的二极管D1、分别与二极管负极连接的电容C3和电阻R8，电容C3的另一端、电阻R8的另一端均接地，二极管的负极作为输出端与迟滞比较电路连接。[0009]进一步地，为了更好的实现本发明，所述迟滞比较电路包括电阻R10~电阻R14、电容C4、放大器U4；所述电阻R10的一端与二极管D1的负极连接，电阻R10的另一端分别与电容C4的一端、放大器U4的反向输入端连接，放大器U4的正向输入端分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端连接，电阻R13的另一端分别与电阻R11、电阻R12连接，电阻R14的另一端与放大器U4的输出端连接。[0010]进一步地，为了更好的实现本发明，所述信号电平变换电路包括电阻R16、电阻R117、二极管D2、三极管Q1；放大器U4的输出端还与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地，三极管Q1的集电极连接电阻R17，且输出脉冲信号。
[0011]一种电感式转速传感器信号测量装置的测量方法，将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。[0012]进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：
步骤S1：双相位载波发生电路产生两路相位相差180°，峰-峰值相同的正弦载波信号，将载波信号作用于电感式转速传感器敏感元件；
步骤S2：将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号；步骤S3：通过调幅信号放大电路对调幅信号双边包络进行放大；步骤S4：调幅信号检波电路对调幅信号放大电路:的输出信号进行单边包络检波；步骤S5：迟滞比较电路对调幅信号检波电路的输出信号进行电压比较形成方波信号；步骤S5：信号电平变换电路对迟滞比较电路的输出信号进行电平变换，经过波形放大和整形成供计算机采集的脉冲信号。[0013]本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明摒弃了传统的电感式传感器普遍采用的电桥式测量原理，不再使用变压器作为测量电路的一部分，电路的可靠性不再受变压器的低可靠性指标影响，可靠性得到极大提高；
（2）本发明大大缩小了电路的尺寸、重量和功耗，电路集成也更容易实现。附图说明
[0014]图1为本发明的工作原理框图；
图2为本发明中双相位载波发生电路原理示意图；
图3本发明中调幅信号放大电路和调幅信号检波电路原理示意图；图4本发明中迟滞比较电路和信号电平变换电路原理示意图；图5是本发明中调幅信号放大电路输出信号的波形图；
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图6是本发明中调幅信号检波电路输出信号的波形图；图7是本发明中迟滞比较电路输出信号的波形图；图8是本发明中信号电平变换电路输出信号的波形图。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。[0016]实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，如图1-图8所示，一种电感式转速传感器信号测量装置，分别与自检信号、电感式转速传感器连接，与电感式转速传感器输入端连接的双相位载波发生电路、依次与电感式转速传感器输出端连接的调幅信号放大电路、调幅信号检波电路、迟滞比较电路、信号电平变换电路；所述双相位载波发生电路与自检信号连接。[0017]需要说明的是，通过上述改进，图1所示，本发明提供的一种电感式转速传感器信号测量装置，包括，依次串联在同一电路上组成电感式转速传感器信号测量装置的双相位载波发生电路、调幅信号放大电路、调幅信号检波电路、迟滞比较电路和信号电平变换电路，双相位载波发生电路产生两路相位相差180°且峰-峰值相同的正弦载波信号，将正弦载波信号作用于电感式转速传感器敏感元件；把电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号双边包络进行放大，调幅信号检波电路对调幅信号放大电路的输出信号进行单边包络检波，迟滞比较电路对调幅信号检波电路的输出信号进行电压比较形成方波信号，信号电平变换电路对迟滞比较电路的输出信号进行电平变换，经过波形放大和整形规范成可供计算机采集的脉冲信号。[0018]将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。[0019]实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述双相位载波发生电路包括与自检信号连接的正弦信号发生器、与正弦信号发生器连接的放大器U1、放大器U2，所述放大器U1的输出端、放大器U2的输出端分别与电感式转速传感器连接；所述放大器U1的正相输入端与正弦信号发生器的引脚UOA连接；所述放大器U1的反向输入端还连接有电阻R1、电容C1，所述电阻R1、电容C1的另外一端与所述放大器U1的输出端连接，所述放大器U1的输出端与电感式转速传感器连接之间连接有电阻R2。[0020]需要说明的是，通过上述改进，正弦信号发生器具有引脚R1、引脚R2、引脚EXT、引脚+VS、引脚-VS、引脚VOD、两个引脚UOA、引脚UOB、两个引脚NC、引脚GND说；其中引脚R1连接有电阻R401，电阻R401的另外一端接地，自检控制信号与引脚EXT连接。[0021]本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。[0022]实施例3：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图2所示，进一步地，为了更好的实现本发明，所述放大器U2的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB连接；所述放大器U2的反向输入端连接有电阻R3和电容C2，所述电阻R3和电容C2的另外一端与所述放大器U2的输出端连接，所述放大器U2的输出端与电感式转速传感器连接连接有电阻R4；所述放大器U2
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的反向输入端与正弦信号发生器的引脚UOB之间设置有电阻R5；所述放大器U2的正向输入端连接有电阻R6，电阻R6的另一端接地。[0023]进一步地，为了更好的实现本发明，所述调幅信号放大电路包括与正向输入端与电感式转速传感器连接的放大器U3、与放大器U3的反向输入端连接的电阻R9以及分别与放大器U3的反向输入端和输出端连接的电阻R7；电阻R9的另外一端接地。[0024]进一步地，为了更好的实现本发明，所述调幅信号检波电路包括正极与放大器U3的输出端连接的二极管D1、分别与二极管负极连接的电容C3和电阻R8，电容C3的另一端、电阻R8的另一端均接地，二极管的负极作为输出端与迟滞比较电路连接。[0025]进一步地，为了更好的实现本发明，所述迟滞比较电路包括电阻R10~电阻R14、电容C4、放大器U4；所述电阻R10的一端与二极管D1的负极连接，电阻R10的另一端分别与电容C4的一端、放大器U4的反向输入端连接，放大器U4的正向输入端分别与电阻R13的一端、电阻R14的一端连接，电阻R13的另一端分别与电阻R11、电阻R12连接，电阻R14的另一端与放大器U4的输出端连接。[0026]进一步地，为了更好的实现本发明，所述信号电平变换电路包括与放大器U4的输出段连接的电阻R16、电阻R117、二极管D2、三极管Q1；电阻R16的另一端分别与三极管Q1的基极、二极管D2的负极连接，三极管Q1的发射极、二极管D2的正极均接地，三极管Q1的集电极连接电阻R17，且输出脉冲信号。[0027]需要说明的是，通过上述改进，图2所示的双相位载波发生电路产生两路相位相差180°，峰-峰值相同的正弦载波信号，两路载波信号作用于电感式传感器敏感元件。电感式传感器敏感元件由一个固定电感器和一个随转速变化的动电感器串联组成，正弦载波信号作用于敏感元件的两个端点，并将固定电感器和动电感器的公共连接端作为转速调幅信号的取样点，把电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，然后通过图3所示调幅信号放大电路对微弱的调幅信号双边包络进行放大，调幅信号检波电路对调幅信号放大电路的输出信号进行单边包络检波，图5所示迟滞比较电路对图4所示调幅信号检波电路的输出信号进行电压比较，形成方波信号，图5所示信号电平变换电路对迟滞比较电路的输出信号进行电平变换，经过电平变换电路变换成可供计算机采集的脉冲信号。[0028]当无转速时，载波信号的包络线为一条直线，不会引起如图4所示迟滞比较电路出现电平翻转。
[0029]当有转速时，引起动电感器的电感量发生变化，这种变化直接引起传感器的调幅信号的取样点信号波形发生变化，此时正弦载波信号的包络线不再为一条直线，而是一个随转速变化的调幅信号。[0030]调幅信号在经过图3所示调幅信号放大电路以后，被放大为一个具有图6所示双边包络的调幅信号，这个信号已可以被图3所示调幅信号检波电路检波，且不会出现波形失真。
[0031]图4所示调幅信号检波电路对调幅信号进行检波后，留下图6所示信号的正半周包络信号，正半周包络信号输入到图4所示迟滞比较电路。图4所示迟滞比较电路按照信号的参数已设定了翻转的比较电平，当信号幅值高于上限电平时，图4所示迟滞比较电路产生正电平输出，而当信号幅值低于下限电平时，迟滞比较电路产生负电平输出，至此转速传感器感受的转速变化已被转换为图7所示的脉冲信号。为了便于数字电路的处理，图4所示迟滞
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比较电路的输出经信号电平变换电路变换成图8所示的数字电路电平。[0032]为实现电路和转速传感器的自检测，在无转速时，载波信号的包络线为一条直线，不会引起迟滞比较电路出现电平翻转，通过施加图2中的“自检控制信号”脉冲以后，图2所示双相位载波发生电路的其中一路信号峰-峰值产生变化以后，载波信号的包络线也发生变化，引起图4所示迟滞比较电路出现电平翻转，通过检测是否有脉冲信号发生，即可实现电路和传感器的自检测。
[0033]本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。[0034]实施例4：
本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图8所示，一种电感式转速传感器信号测量装置的测量方法，将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。[0035]进一步地，为了更好的实现本发明，具体包括以下步骤：
步骤S1：双相位载波发生电路产生两路相位相差180°，峰-峰值相同的正弦载波信号，将载波信号作用于电感式转速传感器敏感元件；
步骤S2：将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号；步骤S3：通过调幅信号放大电路对调幅信号双边包络进行放大；步骤S4：调幅信号检波电路对调幅信号放大电路:的输出信号进行单边包络检波；步骤S5：迟滞比较电路:对调幅信号检波电路的输出信号进行电压比较形成方波信号；步骤S5：信号电平变换电路对迟滞比较电路的输出信号进行电平变换，经过波形放大和整形成供计算机采集的脉冲信号。[0036]需要说明的是，通过上述改进，利用调制解调的原理，将电感式转速传感器的电感变化频率调制在一个载波上，产生调幅信号，然后通过调幅信号放大电路对调幅信号进行放大，再经过检波和信号电平变换规范成可供计算机采集的脉冲信号，通过测量脉冲信号的频率得以实现对转速的测量。本发明摒弃了传统的电感式传感器普遍采用的电桥式测量原理，不再使用变压器作为测量电路的一部分，电路的可靠性不再受变压器的低可靠性指标影响，可靠性可得到极大提高，同时也大大缩小了电路的尺寸、重量和功耗，电路集成也更容易实现。为进一步提高电路的可靠性，缩小电路的尺寸，我们可以利用厚膜集成电路技术将电路进行集成，通过厚膜集成电路技术严格的生产、试验、筛选等质量控制过程，可使电路的可靠性再次得到大幅度提高。
[0037]本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。[0038]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
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