[實用新型]位移信號變換電路

無效

• 申請號: 200720184770.1
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN201094025Y
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 陳小強
• 申請（專利權）人: 寧波海天北化科技有限公司杭州科強智能控制系統有限公司
• 主分類號: G01D5/16
• 分類號: G01D5/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【所屬技術領域】

本實用新型涉及一種位移信號變換電路，應用于電阻式直線位移傳感器位移測量時的信號變換。

【背景技術】

電阻式直線位移傳感器利用位移與電阻成線性比例關系原理來測量位移，位移信號實質上即電阻信號，位移信號變換即電阻信號變換。測量位移信號過程為：電阻信號先變換為電壓信號，然后送到模數轉換器測出電壓值，根據位移、電阻、電壓值的關系換算出位移。

一種常用的位移信號變換電路是給位移傳感器總電阻兩端加高穩定度的參考電壓信號，在滑動端相對其中一端得到與位移成比例的電壓信號，該參考源電壓值一般設計在10～15V。這種位移信號變換電路在高精度的位移測量時，需要一個溫度系數極好的參考電源加之于位移傳感器總電阻兩端，如果該參考電源隨溫度漂移，將導致位移測量結果隨溫度變化，即位移測量精度下降，而溫度系數好的參考電源通常成本高、電路復雜。另外，位移傳感器對于流經滑動端的電流有上限要求，過大的電流可能燒壞接觸點，而在實際應用中經常會出現參考電壓信號接錯到滑動端，導致流經滑動端的電流超限，損壞位移傳感器。

【發明內容】

為了克服常用位移信號變換電路參考源溫度特性設計成本高和電路復雜、無限流保護導致接線錯誤情況時損壞位移傳感器問題，本實用新型提供一種位移信號變換電路，不僅以低成本實現高溫度特性，并且具有輸出電流限流保護功能。

為提高位移信號變換電路的溫度特性，本實用新型所采用的技術方案是：由參考電壓源發生電路和兩組結構相似的分壓電路構成本位移信號變換電路。先從一個普通溫度系數等級的基準源器件引參考電壓Vref0到運放中，該運放與電阻、三極管構成電壓放大f倍、電流驅動能力增強的閉環負反饋放大電路，生成所需的加之于位移傳感器的輸出參考電壓源Vref1，該輸出參考電壓源一路引到位移傳感器，并從位移傳感器的滑動端引回到由運放構成的跟隨器中，跟隨器輸出連到由電阻Ra1和Rb1組成的分壓比為1∶k的分壓電路，分壓后信號Vout即本位移信號變換電路的輸出之一，同時輸出參考電壓源Vref1還連到另一路由電阻Ra2和Rb2組成分壓比同樣為1∶k的分壓電路，分壓后信號經運放構成的跟隨器緩沖后作為本位移信號變換電路的另一路輸出Vref2。要求后級模數轉換電路選用參考基準外部引入的模數轉換器，將上述Vref2信號作為模數轉換器的基準源，將Vout信號引入到模數轉換器的信號輸入端，可以方便的測得Vout與Vref2之間的比值。根據本位移信號變換電路的電路連接，有：

Vref1＝Vref0×f??????????????????????式(0)

Vout＝Ra1/(Ra1+Rb1)×Vref1×Lx/L0????式(1)

Vref2＝Ra2/(Ra2+Rb2)×Vref1??????????式(2)

C＝Vout/Vref2????????????????????????式(3)

其中，Lx為位移，L0為位移傳感器總長度，C為模數轉換器轉換結果。推演式(1)～(3)，有：

C＝(Ra1/(Ra1+Rb1)×Vref1×Lx/L0)/(Ra2/(Ra2+Rb2)×Vref1)????式(4)

＝(Ra1×(Ra2+Rb2))/((Ra1+Rb1)×Rb2)×Lx/L0?????????????????式(5)

即：Lx＝(Ra1×(Ra2+Rb2))/((Ra1+Rb1)×Rb2)×C/L0????????????式(6)

從式(6)可得，經本位移信號變換電路變換后測得的位移結果在變換電路環節誤差主要取決于分壓電阻Ra1、Ra2、Rb1、Rb2，分壓電阻比值的絕對誤差可以通過式(6)再乘以適當系數進行修正，只有它們的溫漂引起的誤差不能修正，但是即便普通電阻的溫漂系數也可以達到100ppm/℃，用式(6)計算出0～60℃溫度范圍內電阻溫漂引起的位移結果誤差遠小于100ppm，因此，本實用新型的位移信號變換電路很好的克服了溫度的影響。

在上述運放、電阻、三極管等構成的參考電壓源Vref1的電路中，驅動輸出三極管為PNP型，它的發射極通過電阻RL接到正電源+Vcc，基極與正電源之間并接一個偏置電阻和一個穩壓二極管Vz，另接一個電阻到由運放直接驅動的NPN三極管集電極。當輸出電流增大到一定程度，穩壓二極管導通，限制該PNP型三極管發射極電壓再降低，通過關系(Vcc-0.7-Vz)/RL限制了最大輸出電流，從而在接線錯誤情況下保護了位置傳感器。