自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法技术

本发明专利技术揭示了一种自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法，所述角位传感器包括至少三个感应线圈、线圈电感干扰机构、至少一电感检测电路及角位获取电路；至少三个感应线圈形成线圈组；所述线圈电感干扰机构设置于线圈组的一侧，在感应线圈被所述线圈电感干扰机构覆盖时，感应线圈对应的电感值发生变化；所述电感检测电路用以获取设定感应线圈的电感值；所述角位获取电路连接所述电感检测电路，根据各感应线圈电感值的变化获取旋转角度。本发明专利技术提出的自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法，可以在相同的面积下提供更大的单个感应线圈尺寸和初始电感值，从而可以提供更高的检测距离。距离。距离。

【技术实现步骤摘要】
自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法


[0001]本专利技术属于传感器
，涉及一种角位传感器，尤其涉及一种自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法。

技术介绍

[0002]目前最常见的流体计量方案是基于流体流动带动机械部件转动来检测流体的流速、流向和流量。为了实现智能化，一种常见方案是在传统的机械仪表上增加旋转检测装置，以将机械旋转信号转换为电信号，供后续电路进行数字化处理。
[0003]常用的旋转检测装置有如下几种方案：
[0004]第一种方案是使用磁性传感器，多在转子上配有小型永磁体。当转子发生转动，会在其周边某个位置产生周期性变化的磁场信号，利用磁性传感器(比如干簧管、霍尔传感器、磁阻传感器等)将此周期性变化的磁场信号转化为电脉冲信号，供后续电路进行数字化处理。由于磁性传感器在外界强磁场的干扰下会失效，因而此方案的抗干扰能力比较差。
[0005]另一种方案是使用电容式传感器，多在转子上配有部分金属化的圆盘，在定子上布置多个金属化的区域。当金属化圆盘旋转至特定的金属化区域时，它们之间的电容性耦合会发生变化。利用读出电路将此周期性变化的电容性耦合信号转化为电脉冲信号，供后续电路进行数字化处理。由于电容式传感器灵敏度很低，需要转子上的金属化圆盘和定子上的金属化区域非常靠近，因而此方案的应用场合受到了很大的限制。
[0006]最后一种方案是线圈感应式传感器，多在转子上配有部分金属化的圆盘，在定子上布置多个感应线圈。当金属化圆盘旋转至特定的感应线圈区域时，它们之间会产生电涡流效应，该效应引起的互感量变化反作用于感应线圈，导致该线圈的等效电感值发生变化。利用读出电路将此周期性变化的电感值信号转化为电脉冲信号，供后续电路进行数字化处理。该方案解决了磁性传感器容易被强磁场干扰的问题，同时其检测距离也高于电容式传感器方案，因而具有很广阔的应用空间。
[0007]对于用线圈感应式传感器实现的旋转检测方案，目前也有多种实现方式，按激励方式大致可以分为两类：
[0008]第一类是自激式，即激励信号和检测电路作用于同一个(或同一组)线圈，如图1
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1、图1
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2所示。图1
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1中，L1/L2/L3/L4是4个感应线圈，L1和L3组成一对，L2和L4组成一对；MET是半圆形金属化圆盘，此时覆盖在L2和L3的上方；图1
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2是其等效电路模型，被金属化圆盘覆盖的L2和L3，其等效电感值变小。
[0009]图2
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1、图2
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2揭示了目前已有的读出电路方案，其原理如下：图2
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1中L1/R1/C1和S1构成一组采样网络，L3/R3/C3和S3构成另一组采样网络，其中R1＝R3，C1＝C3，S1和S3相同；在t1时刻，脉冲发生器G产生一个脉冲信号激励线圈L1和L3，此时将S1和S3闭合以用C1和C3采样线圈输出电压V1和V3，当L3被金属化圆盘覆盖时L1>L3，可以得到图2
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2所示的V1和V3的不同的建立曲线(电感值越大，建立速度越慢)；通过延时单元delay模块得到的脉冲信号控制开关S1和S3在t2时刻断开，便可以将V1和V3的电压采样到电容C1和C3，以供后续
电路处理。
[0010]由于V1和V3(特别是V3
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V1)的信号强度与采样时间有关，并且信号只在某一个时间段强度较高(水表、气表等应用中，该时间段在几纳秒到几十纳秒量级)，因而该方案需要对采样时序做比较严格的限制，从而增加了对器件参数一致性的要求，不利于大规模生产。另外，由于V1和V3(特别是V3
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V1)本身的信号强度很小(水表、气表等应用中，V3
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V1信号强度在几毫伏量级)，因而只在t2一个时间点采样信号，采样信号很容易受到干扰(比如电路噪声的影响，水表、气表中IOT模块收发信号时天线的干扰，电源地的扰动等)，影响了整个传感器的抗干扰性能。
[0011]第二类是互感式，即激励信号和检测电路作用于不同的线圈，如图3
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1、图3
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2所示。图3
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1中，L0是激励线圈，L1/L2/L3/L4是4个感应线圈，L1和L3组成一对，L2和L4组成一对；MET是半圆形金属化圆盘，此时覆盖在L2和L3的上方；图3
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2是其等效电路模型，被金属化圆盘覆盖的L2和L3，其等效电感值变小。
[0012]图4是目前常见的读出电路方案，其原理如下：先通过开关S1和S3给电容C1和C3预充电(由时序P1控制)，然后给L0施加激励信号(由时序P2控制)，同时通过电容C11和C31将三极管Q1和Q3的发射极拉低以打开三极管(由时序P3控制)，实现对电容C1和C3的放电；当L3被金属化圆盘覆盖时，L1的感应电动势要强于L3，最终导致电容C1和C3的放电速度不一致，所以可以将电容C1和C3上残留电压V1和V3提取出来以供后续电路处理。
[0013]由于L1和L3产生的感应电动势较弱(水表、气表等应用中，感应电动势往往低于三极管的开启电压)，为了能让三极管开启，需要通过电容产生负电压以打开三极管，这在单电源集成电路(IC)中是难以实现的；另外，该方案每个感应线圈需要配备3个电阻、2个电容、1个开关和1个三极管，除了物料损耗较大之外，影响传感器性能的器件增多，也增加了产品性能控制的难度。
[0014]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的旋转检测装置，以便克服现有旋转检测装置存在的上述至少部分缺陷。

技术实现思路

[0015]本专利技术提供一种自激式线圈感应角位传感器及角位检测方法，可在相同的面积下提供更大的单个感应线圈尺寸和初始电感值，从而可以提供更高的检测距离。
[0016]为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，采用如下技术方案：
[0017]一种自激式线圈感应角位传感器，所述角位传感器包括：至少三个感应线圈、线圈电感干扰机构、至少一电感检测电路及角位获取电路；
[0018]至少三个感应线圈形成线圈组；所述线圈电感干扰机构设置于线圈组的一侧，在感应线圈被所述线圈电感干扰机构覆盖时，感应线圈对应的电感值发生变化；
[0019]所述电感检测电路用以获取设定感应线圈的电感值；所述角位获取电路连接所述电感检测电路，根据各感应线圈电感值的变化获取旋转角度。
[0020]作为本专利技术的一种实施方式，至少三个感应线圈关于中心均匀对称地分布；所述线圈电感干扰机构可以围绕穿过感应线圈中心的旋转轴转动。
[0021]作为本专利技术的一种实施方式，所述线圈电感干扰机构为扇形金属化圆盘MET。
[0022]作为本专利技术的一种实施方式，所述角位传感器包括均匀分布的三个感应线圈，分
别为第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈；所述扇形金属化圆盘MET覆盖于第二感应线圈上方；
[0023]在角位传感器发生周期性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自激式线圈感应角位传感器，其特征在于，所述角位传感器包括：至少三个感应线圈、线圈电感干扰机构、至少一电感检测电路及角位获取电路；至少三个感应线圈形成线圈组；所述线圈电感干扰机构设置于线圈组的一侧，在感应线圈被所述线圈电感干扰机构覆盖时，感应线圈对应的电感值发生变化；所述电感检测电路用以获取设定感应线圈的电感值；所述角位获取电路连接所述电感检测电路，根据各感应线圈电感值的变化获取旋转角度。2.根据权利要求1所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：至少三个感应线圈关于中心均匀对称地分布；所述线圈电感干扰机构能围绕穿过感应线圈中心的旋转轴转动。3.根据权利要求1所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述线圈电感干扰机构为扇形金属化圆盘MET。4.根据权利要求3所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述角位传感器包括均匀分布的三个感应线圈，分别为第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈；所述扇形金属化圆盘MET覆盖于第二感应线圈上方；在角位传感器发生周期性旋转的状态下，所述扇形金属化圆盘会周期性地覆盖三个感应线圈；在角位传感器顺时针旋转时，感应线圈被覆盖的顺序依次包括第一感应线圈、第三感应线圈、第二感应线圈、第一感应线圈；在角位传感器逆时针旋转时，感应线圈被覆盖的顺序依次包括第一感应线圈、第二感应线圈、第三感应线圈、第一感应线圈。5.根据权利要求1所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述电感检测电路包括第一电阻、第一电容、放电积分控制管、放电积分电阻、放电积分电容、复位开关；所述第一电阻、第一电容分别与设定感应线圈连接，形成LRC网络，所述放电积分控制管、放电积分电阻、放电积分电容、复位开关构成放电积分网络；所述第一电阻的第一端连接所述感应线圈的第二端，所述第一电阻的第二端接地；所述感应线圈的第一端分别连接所述第一电容的第一端、放电积分控制管的栅极，所述第一电容的第二端连接LRC网络的控制时序；所述放电积分电容的第一端连接所述复位开关的第一端，所述复位开关的第二端分别连接所述放电积分控制管的漏极、所述放电积分电容的第二端；所述复位开关连接放电积分网络的控制时序；所述放电积分控制管的源极连接放电积分电阻的第一端，所述放电积分电阻的第二端接地。6.根据权利要求1所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述角位获取电路包括若干比较器及判断模块，所述判断模块分别连接各比较器；所述比较器连接两个电感检测电路。7.根据权利要求5所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述角位传感器包括均匀分布的三个感应线圈及三个电感检测电路，各感应线圈分别连接一电感检测电路；三个电感检测电路分别为第一电感检测电路、第二电感检测电路及第三电感检测电路；
所述角位获取电路包括第一比较器、第二比较器及判断模块，所述判断模块分别连接第一比较器及第二比较器；所述第一比较器的输入端分别连接第一电感检测电路及第二电感检测电路，所述第一比较器的输出端连接所述判断模块；所述第二比较器的输入端分别连接第二电感检测电路及第三电感检测电路，所述第二比较器的输出端连接所述判断模块。8.根据权利要求1所述的自激式线圈感应角位传感器，其特征在于：所述电感检测电路包括第一电阻R1、第一电容C1、充电积分控制管Mi1、充电积分电阻Ri1、充电积分电容Ci1、复位开关Si1；所述第一电阻R1、第一电容C1分别与设定感应线圈连接，形成LRC网络；所述充电积分控制管Mi1、充电积分电阻Ri1、充电积分电容Ci1、复位开关Si1构成充电积分网络；所述第一电阻R1的第一端连接所述第一感应线圈L1的第二端，所述第一电阻R1的第二端接地；所述第一感应线圈L1的第一端分别连接所述第一电容C1的第一端、充电积分控制管Mi1的栅极，所述第一电容C1的第二端连接LRC网络的控制时序P2；所述充电积分控制管Mi1的漏极分别连接充电积分电容Ci1的第一端、所述复位开关Si1的第一端，所述复位开关Si1的第二端、所述充...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆游，张杨，
申请(专利权)人：深圳麦歌恩科技有限公司，
类型：发明
国别省市：