專利名稱：線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測裝置，具體說是一種用線圈作傳感器的位置檢測裝置。
二、
技術(shù)背景目前，判斷某個物體是否越過某一個規(guī)定的線路時，有好多種傳感器可供選擇紅 外對射傳感器、壓力傳感器、霍爾傳感器和攝像頭傳感器等。但是，紅外線傳感器不易維護， 遠(yuǎn)距離時不易實現(xiàn)對射，不能做曲線檢測，不能用于粉塵多的環(huán)境；壓力傳感器成本高，受 溫度影響較大，長線路時也不好檢測；霍爾傳感器檢測精度不高，長線路時磁鐵用量大，成 本高；攝像頭傳感器，技術(shù)難度大，成本高，受環(huán)境影響較大，不能用于粉塵多的環(huán)境。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種檢測精度高、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方 便、成本低廉的位置檢測裝置。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用線圈作為傳感器來感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置 檢測裝置。本發(fā)明包括有提供信號的信號發(fā)生器11、將信號轉(zhuǎn)換成磁場的導(dǎo)線12、感應(yīng)磁 場的線圈21和放大線圈21感應(yīng)電壓的差分型放大器26。本發(fā)明用導(dǎo)線12將信號發(fā)生器 11發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成磁場，然后用線圈21將磁場信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再用差分型放大器 26放大電壓信號，最終得到與信號發(fā)生器11發(fā)出的信號相關(guān)聯(lián)的檢測信號。根據(jù)電磁理 論，當(dāng)導(dǎo)線12有電流通過，線圈21的中心軸與導(dǎo)線12圍成的平面垂直并與導(dǎo)線12相交時， 穿過線圈21的進(jìn)出兩個方向的磁力線相等，這時線圈21上產(chǎn)生的電壓為零；當(dāng)線圈21的 中心軸垂直于導(dǎo)線12圍成的平面并且線圈21的中心軸偏離導(dǎo)線時，穿過線圈21的兩個方 向上的磁力線不等，當(dāng)線圈往不同的方向偏移時，產(chǎn)生電壓的極性不同。根據(jù)線圈21上沒 有電壓的狀態(tài)以及產(chǎn)生的不同極性的電壓，即可判斷線圈21的位置是在導(dǎo)線12的正上方 還是在導(dǎo)線12的一側(cè)還是導(dǎo)線12的另一側(cè)。將導(dǎo)線12通過的電流設(shè)計為特定的幾個信 號電流，便可在幾根導(dǎo)線12引出幾根信號的情況下，分辨出線圈21的多個不同位置或是線 圈21所處的范圍。 本發(fā)明線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置可廣泛應(yīng)用于路線或邊界檢測的 地方，它與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下積極效果。 1.檢測點為通電導(dǎo)線，不存在非線性檢測點，可以組成不同形狀的線性檢測模式。
2.線圈的中心軸垂直于導(dǎo)線圍成的檢測平面且在某根導(dǎo)線上時，輸出的電壓信號 為零，線圈的中心軸與檢測平面垂直且不在導(dǎo)線正上方而在導(dǎo)線兩側(cè)時的電壓信號相反， 所以檢測精度很高，并且線圈在一定高度范圍內(nèi)變化不影響檢測精度。
3. 1到5路信號可以提供1到5路檢測線路。 4.信號由占空比較小的方波提供，耗電量??；檢測點由導(dǎo)線組成，成本低廉。
5.檢測點只需鋪設(shè)導(dǎo)線，安裝簡單、方便。
6.不受能見度等環(huán)境因素影響。
3
本發(fā)明的目的、特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
四

圖1是本發(fā)明的原理方框圖； 圖1中標(biāo)號說明 1-信號發(fā)生模塊；ll-信號發(fā)生器 2_信號檢測模塊；21-線圈；
23-電阻； 25-電阻； 圖2是本發(fā)明的方波信號實例。
五、 具體實施方案
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。 如圖1所示，本發(fā)明由信號發(fā)生模塊1和信號檢測模塊2兩大部分組成。
信號發(fā)生模塊1由信號發(fā)生器11和導(dǎo)線12組成。信號發(fā)生器11與導(dǎo)線12連接，并為導(dǎo)線12提供方波信號，使導(dǎo)線12產(chǎn)生與方波信號相關(guān)聯(lián)的磁場信號，以供信號檢測模塊2檢測。使用方波信號作信號源是因為幾個方波信號通過調(diào)整頻率、占空比、相位后可以合成有效信號互不重疊的檢測信號，實現(xiàn)多處定位，同時省去用正弦波作信號源時龐大的濾波、檢波電路。信號發(fā)生器11有1到5個不同信號的接口，可同時與1到5根導(dǎo)線12連接，提供1到5個不同的方波信號，這些1到5根導(dǎo)線12分別產(chǎn)生1到5個不同的與方波信號相關(guān)聯(lián)的磁場信號，供信號檢測模塊2檢測。當(dāng)信號發(fā)生器11提供的方波信號大于等于2小于等于5路時，這些方波信號須遵循規(guī)律①頻率相同，占空比和相位各不相同；②或者，頻率之間成等比關(guān)系，并且任意兩路方波信號的有效信號不重疊。當(dāng)有幾個方波信號的導(dǎo)線12在一個需同時檢測的區(qū)域時，線圈21會感應(yīng)這些方波信號產(chǎn)生的磁場信號并將它們轉(zhuǎn)換合成為電壓信號，若要檢測到這個合成電壓信號中包含的單個電壓信號，必須將方波信號定義為在同一時間軸上可區(qū)分的信號，這些方波信號有兩種區(qū)分方法，一是當(dāng)方波信號頻率相同，占空比各不相同時，用它們的占空比來區(qū)分，這些方波信號相位之間互不相同，以便方波信號的有效信號在任意時間點都不重合，這樣占空比就將方波信號區(qū)分開來；另一種方法是用有效信號的位置來區(qū)別，將方波信號頻率之間設(shè)置成等比關(guān)系，調(diào)整相位及占空比使有效信號在任意時間點都不重合，這時每一個循環(huán)周期內(nèi)，有效信號的位置各不相同并且固定不變，達(dá)到互相區(qū)分的目的。如圖2所示，方波信號的高電壓部分定為有效信號，fl的頻率是f2的兩倍，fl占空比為10%，f2占空比為5%，兩個信號合成后，可看出所有的高電壓部分(有效信號)均不重合，并且高電壓部分的位置在每個周期內(nèi)都固定不變。這樣，當(dāng)線圈21跨越導(dǎo)線12的其中一根時，電壓信號中與這根導(dǎo)線12上的磁場信號相關(guān)聯(lián)的部分發(fā)生變化，電壓先下降到零，再反向升高，而其余的電壓信號則處于不變化的狀態(tài)。 信號檢測模塊2由線圈21、電阻22、電阻23、電阻24、電阻25和差分型放大器26組成。線圈21由多匝漆包線繞成的空心線圈或是由多匝漆包線繞成的帶磁芯的線圈構(gòu)成，只要能感應(yīng)到磁場信號并因此產(chǎn)生電壓信號的繞線式的線圈便可使用。使用多匝漆包線是
;12-導(dǎo)線；22-電阻；24-電阻；26-差分型放大器；
4為了增加線圈的靈敏度，提高檢測精度。在檢測時，線圈21的中心軸應(yīng)與導(dǎo)線12圍成的平 面垂直，這樣能保證線圈21在導(dǎo)線12正上方時線圈21感應(yīng)到的電壓為零，否則檢測精度 將大大降低。線圈21在感應(yīng)磁場信號時，根據(jù)電磁理論，當(dāng)線圈21的中心軸與產(chǎn)生磁場的 導(dǎo)線12圍成的平面垂直時，線圈21感應(yīng)到的電壓信號極性在跨越導(dǎo)線12時發(fā)生變化。當(dāng) 線圈21接近導(dǎo)線12時，感應(yīng)到的電壓信號開始變??；當(dāng)線圈21中心軸正好與導(dǎo)線相交時， 感應(yīng)到的電壓信號為零；當(dāng)線圈21跨越了導(dǎo)線12時，感應(yīng)到的電壓信號開始反方向增大。 這樣的電壓信號便于判斷線圈21的位置。線圈21 —端與差分型放大器26的同相端相連， 另一端與差分型放大器26的反相端相連，將感應(yīng)到的電壓信號送入差分型放大器26放大。 電阻22與線圈21并聯(lián)，用于釋放線圈21感應(yīng)磁場信號過程中積累下來的電壓信號，抑制 電壓信號在線圈21中產(chǎn)生振蕩。電阻23的一端與差分型放大器26的基準(zhǔn)端相連，另一端 與差分型放大器26的反相端相連。電阻24的一端與差分型放大器26的基準(zhǔn)端相連，另一 端與差分型放大器26的同相端相連。電阻23、電阻24給差分型放大器的差分輸入端提供 基準(zhǔn)電壓。雖然線圈21感應(yīng)到信號后能在差分型放大器26的兩個差分輸入端上提供差 分電壓信號，但是在差分輸入端不加上述基準(zhǔn)，則差分型放大器26輸出的電壓信號失真較 大。電阻25與差分型放大器26增益調(diào)整端的兩個端口連接，用于調(diào)整差分型放大器的放 大倍數(shù)。由于線圈21感應(yīng)到的信號比較弱，用輸入阻抗低的放大器來放大感應(yīng)到的信號則 信號的失真很大，不能真正的放大還原微弱的輸入信號，所以只能用輸入阻抗極高的差分 運算放大器或用電阻和通運算放大器連接成的差分型放大器做輸入信號的放大器。線圈21 感應(yīng)到導(dǎo)線12產(chǎn)生的與信號發(fā)生器11輸出方波信號相關(guān)聯(lián)的磁場信號后，產(chǎn)生與磁場信 號相關(guān)聯(lián)的電壓信號，該信號經(jīng)差分型放大器26放大后，得到放大的與磁場信號相關(guān)聯(lián)的 檢測信號。線圈21的性能參數(shù)要與差分型放大器26的參數(shù)配合選擇，電阻22、電阻23、電 阻24和電阻25的阻值也要配合線圈21和差分型放大器26的參數(shù)選擇，以便最終提供出 清晰的檢測信號。 在差分型放大器的輸出端用單片機提取、區(qū)分信號的狀態(tài)并根據(jù)不同的信號輸出 不同的位置狀態(tài)信號。
權(quán)利要求
一種線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置由信號發(fā)生模塊(1)和信號檢測模塊(2)兩大部分組成；所述信號發(fā)生模塊(1)由信號發(fā)生器(11)和導(dǎo)線(12)組成；所述信號發(fā)生器(11)與導(dǎo)線(12)連接；所述信號發(fā)生器(11)為導(dǎo)線(12)提供信號，令導(dǎo)線(12)產(chǎn)生與信號相關(guān)聯(lián)的磁場信號，以供信號檢測模塊(2)檢測；所述信號檢測模塊(2)由線圈(21)、電阻(22)、電阻(23)、電阻(24)、電阻(25)和差分型放大器(26)組成；所述電阻(22)與線圈(21)并聯(lián)，用于釋放線圈(21)感應(yīng)磁場信號過程中積累下來的電壓信號，抑制電壓信號在線圈(21)中產(chǎn)生振蕩；所述電阻(23)的一端與差分型放大器(26)的基準(zhǔn)端相連，另一端與差分型放大器(26)的反相端相連；所述電阻(24)的一端與差分型放大器(26)的基準(zhǔn)端相連，另一端與差分型放大器(26)的同相端相連；所述電阻(23)、電阻(24)給差分型放大器的差分輸入端提供基準(zhǔn)電壓；所述電阻(25)與差分型放大器(26)增益調(diào)整端的兩個端口連接，用于調(diào)整差分型放大器的放大倍數(shù)；所述線圈(21)一端與差分型放大器(26)的同相端相連，另一端與差分型放大器(26)的反相端相連；所述線圈(21)感應(yīng)到導(dǎo)線(12)產(chǎn)生的與信號發(fā)生器(11)輸出信號相關(guān)聯(lián)的磁場信號后，產(chǎn)生與磁場信號相關(guān)聯(lián)的電壓信號，該信號經(jīng)差分型放大器(26)放大后，得到放大的與磁場信號相關(guān)聯(lián)的檢測信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述的信號發(fā)生器(11)為導(dǎo)線(12)提供的信號是方波信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述信號發(fā)生器(11)有1到5個不同信號的接口，可同時與1到5根導(dǎo)線(12)連接，提供1至IJ5個不同的信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于當(dāng)信號發(fā)生器(11)同時與大于等于2小于等于5個導(dǎo)線(12)連接時，信號發(fā)生器(11)發(fā)出的方波信號遵循以下規(guī)律頻率相同，占空比和相位各不相同；或者，頻率之間成等比關(guān)系，并且任意兩路方波信號的有效信號不重疊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述的線圈(21)是由多匝漆包線繞成的空心線圈或是由多匝漆包線繞成的帶磁芯的線圈。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述的線圈(21)的中心軸與產(chǎn)生磁場信號的導(dǎo)線(12)圍成的平面垂直。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置，其特征在于所述的差分型放大器(26)是一個差分運算放大器或是用電阻和運算放大器連接成的差分型放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種線圈感應(yīng)通電導(dǎo)線磁場的位置檢測裝置。本發(fā)明包括有提供信號的信號發(fā)生器11、將信號轉(zhuǎn)換成磁場的導(dǎo)線12、感應(yīng)磁場的線圈21和放大線圈感應(yīng)電壓的差分型放大器26。本發(fā)明用導(dǎo)線12將信號發(fā)生器11發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成磁場，然后用線圈21將磁場信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再用差分型放大器26放大電壓信號，最終得到與信號發(fā)生器11發(fā)出的信號相關(guān)聯(lián)的檢測信號。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于路線或邊界檢測的地方。
文檔編號G01V3/10GK101697015SQ20091009511
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者張建兵, 張永軍, 郭翌 申請人:張建兵;張永軍;郭翌;