专利名称：电涡流式距离传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量领域，具体而言，涉及一种电涡流式距离传感器。
背景技术：
当成块的金属处于变化着的磁场中或者在磁场中运动时，金属体内都会产生感应 电动势，称为涡流。当磁场是由电流产生时，此时产生的涡流成为电涡流。基于电涡流效应的传感器称为电涡流式传感器。如图1所示，由于线圈产生的磁 场Hl与被测导体中电涡流产生的磁场H2相互影响，使线圈的等效阻抗发生变化，这个变化 与与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及线圈到被测导体表 面的距离χ等参数有关。固定距离χ以外的影响参数，通过判断线圈的等效阻抗可以测得 距离χ的大小。电涡流式距离传感器的测量距离一般与线圈的外径D成正比，并且传感器的有效 测量距离X与D关系大约为:X = 1. 17*D。在线圈外径固定的情况下，由于电涡流式距离传感器测量距离有限，其安装位置 或者应用受到局限，并且当距离X变化范围较大，会出现传感器与被测体相撞而损坏传感 器的现象。针对相关技术中在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，该电涡流 式距离传感器的测量距离比较有限的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容针对相关技术中在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，该电涡流 式距离传感器的测量距离比较有限的问题而提出本实用新型，为此，本实用新型的主要目 的在于提供一种电涡流式距离传感器，以解决上述问题。为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种电涡流式距离传感 器。该电涡流式距离传感器包括线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接， 用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电 压。进一步地，放大器对第一输出电压的放大倍数为[5，10]。为了实现上述目的，根据本实用新型的另一方面，提供了一种电涡流式距离传感 器。该电涡流式距离传感器包括线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用 于根据磁场产生第一输出电压；差动放大器，用于对第一输出电压和基准电压的差值进行 放大，得到第二输出电压。进一步地，差动放大器包括第一输入端，用于输入第一输出电压；第二输入端， 用于输入基准电压；输出端，用于输出第二输出电压。进一步地，差动放大器对第一输出电压和基准电压的差值的放大倍数为[5，10]。进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括运算放大器；相互串联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于第一输出电压的输出端，第二端连接于运算放 大器的输出端，其中，运算放大器的第一输入端连接于第一电阻和第二电阻之间；第三电 阻，第一端连接于基准电压的输出端，第二端连接于运算放大器的第二输入端；第四电阻， 第一端连接于第三电阻和运算放大器之间，第二端接地。进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括减法装置，用于计 算第一输出电压和基准电压的差值；运算放大器，用于对差值进行放大。通过本实用新型，采用以下结构的电涡流式距离传感器线圈，用于产生磁场；电 涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出 电压进行放大，得到第二输出电压，使得在同样安装空间安装的电涡流式距离传感器的测 量距离大大增加，解决了相关技术中电在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况 下，该电涡流式距离传感器的测量距离比较有限的问题，进而达到了在电涡流式距离传感 器的线圈安装空间有限的情况下，增大电涡流式距离传感器测量距离的效果。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当 限定。在附图中图1是根据相关技术的电涡流传感的示意图；图2是根据本实用新型第一实施例的电涡流式距离传感器的示意图；图3是根据本实用新型第二实施例的电涡流式距离传感器的示意图；图4是根据本实用新型实施例的电涡流测量电路的示意图；以及图5是根据本实用新型实施例的差动运放器的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。图2是根据本实用新型第一实施例的电涡流式距离传感器的示意图。如图2所示，Al为电涡流测量电路，比如恒频调幅式、调频调幅式等；VoutlO为 测量电路的输出电压，VoutlO随距离χ的变化而变化，当距离为a时，Al的输出电压为 VoutlO (a) ；A2为放大器；Vout20为A2的输出电压。如图所述，本实用新型实施例提供了一种电涡流式距离传感器。该电涡流式距离 传感器包括线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第 一输出电压；放大器Al用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。优选地，放大器对第一输出电压的放大倍数为[5，10]。本实用新型实施例还提供了 一种电涡流式距离传感器。图3是根据本实用新型第二实施例的电涡流式距离传感器的示意图。如图3所示，Al为电涡流测量电路，比如恒频调幅式、调频调幅式等；Voutl为测量 电路的输出电压，Voutl随距离χ的变化而变化，当距离为a时，Al的输出电压为Voutl (a)； Vref为基准电压，Vref等于Voutl (a) ；A2为差动运放；Vout2为A2的输出电压[0030]如图所示，该电涡流式距离传感器包括线圈；电涡流测量电路，与线圈相连接， 用于根据磁场产生第一输出电压；差动放大器，用于对第一输出电压和基准电压的差值进 行放大，得到第三输出电压。优选地，差动放大器包括第一输入端，用于输入第一输出电压；第二输入端，用 于输入基准电压；输出端，用于输出第三输出电压。优选地，差动放大器对第一输出电压和基准电压的差值的放大倍数为[5，10]。优选地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括运算放大器；相互串 联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于第一输出电压的输出端，第二端连接于运算放大 器的输出端，其中，运算放大器的第一输入端连接于第一电阻和第二电阻之间；第三电阻， 第一端连接于基准电压的输出端，第二端连接于运算放大器的第二输入端；第四电阻，第一 端连接于第三电阻和运算放大器之间，第二端接地。进一步地，差动放大器为差动放大电路，该差动放大电路包括减法装置，用于计 算第一输出电压和基准电压的差值；运算放大器，用于对差值进行放大。
以下结合附图对本实用新型实施例的电涡流测量电路的工作原理进行说明。如图3所示，传感器线圈与被测体1的距离为X。通过测量电路Al将距离χ的变 化转化为电压Voutl的变化，然后将Voutl与基准电压Vref通过A2相减后进行放大，输出 电压信号Vout2。由于Vref = Vout (a)，所以当χ彡a时，通过Voutl的大小可以得出当前 的距离；当χ > a时，通过Vout2的大小得出当前的距离。由于电压信号Vout2具有很高的 灵敏度，所以能够测量出较远的距离。Voutl、Vref、Vout2的关系为当Voutl > Vref 时Vout2 = N* (Voutl-Vref)，N 为差动运放 A2 的放大倍数；当 Voutl 彡 Vref 时Vout2 = O。另外，直接通过放大VoutlJP :Vout2 = N*Voutl，通过Vout2也可以实现远距离 测量，该种情况下的电涡流测量电路的结构更加简单，如图2所示。图4是根据本实用新型实施例的电涡流测量电路的示意图。如图4所示，该电涡流测量电路包括线圈L，与被测部件1距离为X，电容C，与 线圈L并联连接于第一节点与第二节点之间；反相器A15，一端经由电阻R2连接于放大器 AlO的第一输入端，另一端连接于放大器A13的输出端，其中，放大器AlO的第二输入端经由 电阻Rl接地，输出端经由第三节点与放大器A13的第一输入端相连接，放大器A13的第二 输入端经由反馈环节A14连接于放大器A13的输出端，其中，所述第一节点连接于电阻R2 和放大器AlO的第一输入端之间，所述第二节点分别经由第三节点和整流单元A16连接至 Voutl，其中，输出电压Vsin经整流单元A16后得到输出电压Voutl。如图所示，可以将距离χ的变化转化为输出信号Voutl的变化。电感线圈L与电 容C并联后接入运算放大器AlO的负反馈。VSIN为正弦波输出，其幅值受距离χ影响。运 算放大器A12与反馈环节A14用来限制正弦波的上升时间。A13的输出VA2通过反相器A15 变换为方波，然后方波经过R2后来驱动LC并联回路产生振荡。通过调整R2的大小可以控 制VSIN的幅值。VSIN通过整流单元A16后输出直流信号Voutl。图5是根据本实用新型实施例的差动运放电路的示意图。如图所示，该差动放大电路包括运算放大器A21 ；相互串联的第一电阻Rl和第二 电阻R2，第一端连接于第一输出电压的输出端Voutl，第二端连接于运算放大器的输出端，其中，运算放大器A21的第一输入端连接于第一电阻Rl和第二电阻R2之间；第三电阻R3， 第一端连接于基准电压Vref的输出端，第二端连接于运算放大器A21的第二输入端；第四 电阻R4，第一端连接于第三电阻R3和运算放大器A21之间，第二端接地。本实用新型能够使得在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，增大 电涡流式距离传感器测量距离，即，在使用原有设计方案相同的线圈时，可以使得测量距离 χ达到了 1.67*D，甚至更远距离的测量，实现了远距离测量，减小了安装空间对传感器安装 的限制，并且在距离χ变化过大时保护传感器不被损坏。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电涡流式距离传感器，其特征在于，包括 线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与所述线圈相连接，用于根据所述磁场产生第一输出电压；以及 放大器，用于对所述第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。
2.一种电涡流式距离传感器，其特征在于，包括 线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与所述线圈相连接，用于根据所述磁场产生第一输出电压；以及 差动放大器，用于对所述第一输出电压和基准电压的差值进行放大，得到第二输出电压。
3.根据权利要求2所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器包括 第一输入端，用于输入所述第一输出电压；第二输入端，用于输入所述基准电压；以及 输出端，用于输出所述第二输出电压。
4.根据权利要求2所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器为差动 放大电路，该差动放大电路包括运算放大器；相互串联的第一电阻和第二电阻，第一端连接于所述第一输出电压的输出端，第二端 连接于所述运算放大器的输出端，其中，所述运算放大器的第一输入端连接于所述第一电 阻和所述第二电阻之间；第三电阻，第一端连接于所述基准电压的输出端，第二端连接于所述运算放大器的第 二输入端；以及第四电阻，第一端连接于所述第三电阻和所述运算放大器之间，第二端接地。
5.根据权利要求2所述的电涡流式距离传感器，其特征在于，所述差动放大器为差动 放大电路，该差动放大电路包括减法装置，用于计算所述第一输出电压和基准电压的差值；以及 运算放大器，用于对所述差值进行放大。
专利摘要本实用新型公开了一种电涡流式距离传感器。其中，该电涡流式距离传感器包括线圈，用于产生磁场；电涡流测量电路，与线圈相连接，用于根据磁场产生第一输出电压；放大器，用于对第一输出电压进行放大，得到第二输出电压。通过本实用新型，能够在电涡流式距离传感器的线圈安装空间有限的情况下，增大电涡流式距离传感器的测量距离。
文档编号G01B7/14GK201903320SQ20102066337
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者刘国权, 张雪川, 曹思飞 申请人:北京经纬恒润科技有限公司