專利名稱：真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變送器，特別是涉及一種真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，屬于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有各種機(jī)器設(shè)備，為保證這些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，需要很多狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀表對(duì)這些設(shè)備的關(guān)鍵部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，各種監(jiān)測(cè)儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)需要與控制中心的系統(tǒng)共享。利用4 20mA電流或0-10V、l 5V電壓是目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)的一種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享的方式。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)中，通常把溫度、壓力、流量等各種物理量變化變成符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4 20mA電流信號(hào)。隨著微控制器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了符合這一工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不使用額外電源供電的低功耗智能型設(shè)備，被稱作智能型二線制設(shè)備。振動(dòng)烈度二線制變送器就是一種智能二線制設(shè)備。
振動(dòng)烈度二線制變送器通常用來(lái)監(jiān)測(cè)輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行中的振動(dòng)烈度。振動(dòng)烈度即振動(dòng)速度的均方根值，這個(gè)指標(biāo)直接反映了振動(dòng)的能量大小，較振動(dòng)位移幅度更能適應(yīng)不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)器振動(dòng)評(píng)價(jià)，在很多領(lǐng)域已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)習(xí)慣的振動(dòng)位移幅度作為機(jī)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要特征量。
在實(shí)際使用中，振動(dòng)二線制變送器沒(méi)有溫度、壓力一類的二線制變送器效果好，主要問(wèn)題在于二線制變送器自身的供電是和4-20mA電流環(huán)線路共用的兩條導(dǎo)線，這一點(diǎn)就決定了二線制變送器的基本功耗必須小，維持自身運(yùn)行的基礎(chǔ)電流必須小于4mA。將二線制變送器技術(shù)用在振動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，則與溫度、壓力類的變送器不同，需要解決更多的問(wèn)題。振動(dòng)烈度定義為振動(dòng)速度的均方根值，需要通過(guò)電路極性精確的轉(zhuǎn)換，而電源功耗的限值，使電路不能復(fù)雜化。一些產(chǎn)品對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了近似處理，造成了實(shí)際使用中對(duì)稍復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)不能精確轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。
在二線制變送器類的產(chǎn)品中，溫度、壓力等變送器因?yàn)樗O(jiān)測(cè)的物理量為緩變過(guò)程量，處理方法簡(jiǎn)單，已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。而振動(dòng)烈度監(jiān)測(cè)則存在一些問(wèn)題
1、振動(dòng)信號(hào)時(shí)波形復(fù)雜的交變信號(hào)，可能是單一頻率的正弦波形，也可能是含有多種頻率分量的復(fù)雜波形，要得出這些信號(hào)的真實(shí)有效值，必須有比較復(fù)雜的電路。
2、二線制變送器由于供電特點(diǎn)的限制，為真有效值電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多難度，所以目前市場(chǎng)上很多振動(dòng)烈度二線制變送器不是反映的真正意義上的速度有效值，而是做了一些近似處理，在復(fù)雜波形下應(yīng)用時(shí)造成較大的誤差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題而提供一種電路簡(jiǎn)單，能在低功耗要求下實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜交變信號(hào)真有效值的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其電路包括放大電路和均方根值轉(zhuǎn)換電路，所述均方根值電路包括絕對(duì)值電路、乘方除法電路和濾波電路，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸入端與振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)輸出端連接，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端與所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端連接，所述乘方除法電路的信號(hào)輸出端與所述濾波電路的信號(hào)輸入端連接，所述所述濾波電路的信號(hào)輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接。
所述絕對(duì)值電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一二極管VD1、第二二極管VD2和第一放大器Al，所述第一電阻Rl的第一端為所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸入端，所述第一電阻Rl的第二端與所述第一放大器Al的正極輸入端連接，所述第一放大器Al的負(fù)極輸入端接地，所述第一放大器Al的輸出端同時(shí)與所述第一二極管VDl 的負(fù)極和所述第二二極管VD2的正極連接，所述第一二極管VDl的正極同時(shí)與所述第一放大器Al的正極輸入端和所述第二電阻R2的一端連接，所述第二電阻R2的另一端同時(shí)與所述第二二極管VD2的負(fù)極和所述第三電阻R3的第一端連接，所述第四電阻R4的兩端分別與第一電阻Rl的第一端和所述第三電阻R3的第二端連接，所述第三電阻R3的第二端為所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端。
所述乘方除法電路包括第二放大器A2、第三放大器A3、第一晶體管VT1、第二晶體管VT2、第三晶體管VT3和第四晶體管VT4，所述第二放大器A2的正極輸入端為所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端，所述第二放大器A2的正極輸入端同時(shí)與所述第三電阻R3的第二端和第一晶體管VTl的集電極連接，所述第二放大器A2的負(fù)極輸入端接地，所述第二放大器 A2的輸出端同時(shí)與第二晶體管VT2的發(fā)射極和第三晶體管VT3的發(fā)射極連接，所述第二晶體管VT3的基極同時(shí)與所述第二晶體管VT2的集電極和所述第一晶體管VTl的發(fā)射極連接，所述第一晶體管VTl的基極接地，所述第三晶體管VT3的基極同時(shí)與所述第三放大器A3 的輸出端和所述第四晶體管VT4的發(fā)射極連接，所述第三放大器A3的負(fù)極輸入端與所述第四晶體管VT4的集電極連接，所述第四晶體管VT4的基極接地，所述第三放大器A3的正極輸入端接地，所述第三晶體管VT3的集電極為乘方除法電路的信號(hào)輸出端。所述濾波電路包括第四放大器A4、第五電阻R5和電容C，所述第四放大器A4的負(fù)極輸入端為所述濾波電路的信號(hào)輸入端，所述第四放大器A4的負(fù)極輸入端與所述第三晶體管VT3的集電極連接， 所述第四放大器A4的正極輸入端與所述第三放大器A3的正極輸入端連接后接地，所述第五電阻R5與所述電容C并聯(lián)后其兩端分別與所述第四放大器A4的負(fù)極輸入端和第四放大器A4的輸出端連接，所述第四放大器A4的輸出端與所述第三放大器A3的負(fù)極輸入端之間連接有第六電阻R6，所述第四放大器A4的輸出端為所述濾波電路的信號(hào)輸出端。
進(jìn)一步地，所述第二電阻R2和所述第三電阻R3的阻值相同，所述第一電阻Rl的阻值是所述第二電阻R2的兩倍，所述第四電阻R4、所述第五電阻R5和所述第六電阻R6的阻值是所述第二電阻R2的四倍。
更近一步地，所述第一晶體管VT1、第二晶體管VT2、第三晶體管VT3和第四晶體管 VT4均為NPN晶體管。
本發(fā)明的有益效果是
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜交變信號(hào)真有效值的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換；⑵基本功耗小，各部分電路的基本功耗電流小于4mA ； (3)電路簡(jiǎn)單、成本低。


圖1是本發(fā)明的電路圖2是本發(fā)明的均方根值電路的電路圖3是本發(fā)明的線性度試驗(yàn)電流輸出與輸入信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明
如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其電路包括放大電路和均方根值轉(zhuǎn)換電路，所述均方根值轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸入端與振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)輸出端連接，振動(dòng)速度傳感器輸出反映振動(dòng)速度的電壓形波，輸入到均方根值轉(zhuǎn)換電路中， 轉(zhuǎn)換為等效的直流電壓輸出信號(hào)；所述均方根值轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接，所述放大電路將均方根值電路輸出的直流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)放大后，施加在外部上，轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
所述均方根值電路包括絕對(duì)值電路、乘方除法電路和濾波電路。所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端與所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端連接，所述乘方除法電路的信號(hào)輸出端與所述濾波電路的信號(hào)輸入端連接。
所述絕對(duì)值電路包括第一電阻Rl、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一二極管VDl、第二二極管VD2和第一放大器Al，所述第一電阻Rl的第一端與與振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)輸出端連接，所述第一電阻Rl的第二端與所述第一放大器Al的正極輸入端連接， 所述第一放大器Al的負(fù)極輸入端接地，所述第一放大器Al的輸出端同時(shí)與所述第一二極管VDl的負(fù)極和所述第二二極管VD2的正極連接，所述第一二極管VDl的正極同時(shí)與所述第一放大器Al的正極輸入端和所述第二電阻R2的一端連接，所述第二電阻R2的另一端同時(shí)與所述第二二極管VD2的負(fù)極和所述第三電阻R3的第一端連接，所述第四電阻R4的兩端分別與第一電阻Rl的第一端和所述第三電阻R3的第二端連接。
所述乘方除法電路包括第二放大器A2、第三放大器A3、第一晶體管VT1、第二晶體管VT2、第三晶體管VT3和第四晶體管VT4，所述第二放大器A2的正極輸入端同時(shí)與所述第三電阻R3的第二端和第一晶體管VTl的集電極連接，所述第二放大器A2的負(fù)極輸入端接地，所述第二放大器A2的輸出端同時(shí)與第二晶體管VT2的發(fā)射極和第三晶體管VT3的發(fā)射極連接，所述第二晶體管VT3的基極同時(shí)與所述第二晶體管VT2的集電極和所述第一晶體管VTl的發(fā)射極連接，所述第一晶體管VTl的基極接地，所述第三晶體管VT3的基極同時(shí)與所述第三放大器A3的輸出端和所述第四晶體管VT4的發(fā)射極連接，所述第三放大器A3的負(fù)極輸入端與所述第四晶體管VT4的集電極連接，所述第四晶體管VT4的基極接地，所述第三放大器A3的正極輸入端接地。
所述濾波電路包括第四放大器A4、第五電阻R5和電容C，所述第四放大器A4的正極輸入端與所述第三放大器A3的正極輸入端連接，所述第四放大器A4的負(fù)極輸入端與所述第三晶體管VT3的集電極連接，所述第五電阻R5與所述電容C并聯(lián)后其兩端分別與所述第四放大器A4的負(fù)極輸入端和第四放大器A4的輸出端連接，所述第四放大器A4的輸出端與所述第三放大器A3的負(fù)極輸入端之間連接有第六電阻R6，所述第四放大器A4的輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接。
作為優(yōu)選，所述第二電阻R2和所述第三電阻R3的阻值相同，所述第一電阻Rl的阻值是所述第二電阻R2的兩倍，所述第四電阻R4、所述第五電阻R5和所述第六電阻R6的阻值是所述第二電阻R2的四倍。所述第一晶體管VT1、第二晶體管VT2、第三晶體管VT3和第四晶體管VT4均為NPN晶體管。
以下是對(duì)均方根值轉(zhuǎn)換電路原理的分析說(shuō)明
輸入信號(hào)電壓Vin被絕對(duì)值電路轉(zhuǎn)換為單極性的電流II，
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權(quán)利要求
1.一種真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其電路包括放大電路，其特征在于還包括均方根值轉(zhuǎn)換電路，所述均方根值電路包括絕對(duì)值電路、乘方除法電路和濾波電路，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸入端與振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)輸出端連接，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端與所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端連接，所述乘方除法電路的信號(hào)輸出端與所述濾波電路的信號(hào)輸入端連接，所述所述濾波電路的信號(hào)輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述絕對(duì)值電路包括第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、第四電阻(R4)、第一二極管(VDl)、 第二二極管(VM)和第一放大器(Al)，所述第一電阻(Rl)的第一端為所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸入端，所述第一電阻(Rl)的第二端與所述第一放大器(Al)的正極輸入端連接，所述第一放大器(Al)的負(fù)極輸入端接地，所述第一放大器(Al)的輸出端同時(shí)與所述第一二極管 (VDl)的負(fù)極和所述第二二極管(VD》的正極連接，所述第一二極管(VDl)的正極同時(shí)與所述第一放大器(Al)的正極輸入端和所述第二電阻(R2)的一端連接，所述第二電阻(R2)的另一端同時(shí)與所述第二二極管(V^)的負(fù)極和所述第三電阻(舊)的第一端連接，所述第四電阻(R4)的兩端分別與第一電阻(Rl)的第一端和所述第三電阻(R3)的第二端連接，所述第三電阻(舊)的第二端為所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述乘方除法電路包括第二放大器m、第三放大器(??； )、第一晶體管(VTl)、第二晶體管(VT2)、 第三晶體管(VB)和第四晶體管(ντ4)，所述第二放大器m的正極輸入端為所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端，所述第二放大器m的正極輸入端同時(shí)與所述第三電阻(舊)的第二端和第一晶體管(VTi)的集電極連接，所述第二放大器m的負(fù)極輸入端接地，所述第二放大器m的輸出端同時(shí)與第二晶體管(VT2)的發(fā)射極和第三晶體管(VT3)的發(fā)射極連接，所述第二晶體管(VT2)的基極同時(shí)與所述第二晶體管(VT2)的集電極和所述第一晶體管(VTl)的發(fā)射極連接，所述第一晶體管(VTl)的基極接地，所述第三晶體管(VT3)的基極同時(shí)與所述第三放大器(Α； )的輸出端和所述第四晶體管(VT4)的發(fā)射極連接，所述第三放大器(A3)的負(fù)極輸入端與所述第四晶體管(VT4)的集電極連接，所述第四晶體管(VT4) 的基極接地，所述第三放大器(??； )的正極輸入端接地，所述第三晶體管(VT3)的集電極為乘方除法電路的信號(hào)輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述濾波電路包括第四放大器(A4)、第五電阻(肪)和電容(C)，所述第四放大器(A4)的負(fù)極輸入端為所述濾波電路的信號(hào)輸入端，所述第四放大器(A4)的負(fù)極輸入端與所述第三晶體管 (VT3)的集電極連接，所述第四放大器(A4)的正極輸入端與所述第三放大器(??； )的正極輸入端連接后接地，所述第五電阻(肪)與所述電容(C)并聯(lián)后其兩端分別與所述第四放大器 (A4)的負(fù)極輸入端和輸出端連接，所述第四放大器(A4)的輸出端與所述第三放大器(A3) 的負(fù)極輸入端之間連接有第六電阻(R6)，所述第四放大器(A4)的輸出端為所述濾波電路的信號(hào)輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述濾波電路包括第四放大器(A4)、第五電阻(肪)和電容(C)，所述第四放大器(A4)的負(fù)極輸入端為所述濾波電路的信號(hào)輸入端，所述第四放大器(A4)的負(fù)極輸入端與所述第三晶體管(VT3)的集電極連接，所述第四放大器(A4)的正極輸入端與所述第三放大器m的正極輸入端連接后接地，所述第五電阻(肪)與所述電容(C)并聯(lián)后其兩端分別與所述第四放大器(A4) 的負(fù)極輸入端和第四放大器(A4)輸出端連接，所述第四放大器(A4)的輸出端與所述第三放大器(??； )的負(fù)極輸入端之間連接有第六電阻(R6)，所述第四放大器(A4)的輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接，所述第四放大器(A4)的輸出端為所述濾波電路的信號(hào)輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述第二電阻(R2)和所述第三電阻(R3)的阻值相同，所述第一電阻(Rl)的阻值是所述第二電阻(R2) 的兩倍，所述第四電阻(R4)、所述第五電阻(R5)和所述第六電阻(R6)的阻值是所述第二電阻(R2)的四倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其特征在于所述第一晶體管(VTl)、第二晶體管(VT2)、第三晶體管(VT3)和第四晶體管(VT4)均為NPN晶體管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種真有效值振動(dòng)烈度二線制變送器，其電路包括放大電路和均方根值轉(zhuǎn)換電路，所述均方根值電路包括絕對(duì)值電路、乘方除法電路和濾波電路，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸入端與振動(dòng)速度傳感器的信號(hào)輸出端連接，所述絕對(duì)值電路的信號(hào)輸出端與所述乘方除法電路的信號(hào)輸入端連接，所述乘方除法電路的信號(hào)輸出端與所述濾波電路的信號(hào)輸入端連接，所述所述濾波電路的信號(hào)輸出端與所述放大電路的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明的電路簡(jiǎn)單并且能夠在低功耗要求下實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜交變信號(hào)真有效值的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102519575SQ201110432268
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者楊川 申請(qǐng)人:成都賽騰自動(dòng)化工程有限公司