高精度电涡流检测电路的制作方法

1.本实用新型属于起重机技术领域，具体涉及一种高精度电涡流检测电路。


背景技术：

2.起重机抱闸系统，是起重机安全运行的重要一个环节。目前起重机抱闸系统多采用开环控制，无法检测起重机抱闸磨损及气隙情况，对此只能通过人工检修；随着起重机智能化逐渐发展，起重机抱闸检测系统也需要更加完善，因此，设计一种能够检测起重机抱闸磨损及气隙情况的检测电路显得尤为重要。


技术实现要素：

3.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种能够检测起重机抱闸磨损及气隙情况的高精度电涡流检测电路。
4.本实用新型的技术方案为：高精度电涡流检测电路，包括mcu控制电路、波形发生电路、lcr电桥、电涡流传感器、差分采样电路、高频整流电路、adc采样电路；所述mcu控制电路控制波形发生电路产生用于所述lcr电桥供电的正弦波，所述lcr电桥向所述电涡流传感器，所述lcr电桥用于采集所述电涡流传感器根据距离产生的电感变化，所述差分采样电路用于将该电感变化放大为高频正弦信号，所述高频整流电路用于将该高频正弦信号转换成直流信号，所述adc采样电路用于将该直流信号转换成数字量信号并发送至所述mcu控制电路。
5.所述波形发生电路具有波形发生器，所述波形发生器通过spi接口与所述mcu控制电路相连接，所述波形发生器的输出端连接有第一运放模块。
6.所述lcr电桥具有功放芯片，所述功放芯片的输入端连接有第二运放模块，所述第二运放模块的反向输入端与所述第一运放模块的输出端相连接，所述功放芯片的输出端连接有所述电涡流传感器，所述电涡流传感器上并联有两个电感。
7.所述差分采样电路具有第三运放模块、第四运放模块及第五运放模块；所述第三运放模块的反向输入端与所述电感相连接，所述第三运放模块的输出端与所述第五运放模块的反向输入端连接；所述第四运放模块与所述电涡流传感器连接，所述第四运放模块的输出端与所述第五运放模块的同向输入端连接；所述第五运放模块的输出端与反向输入端并联后与所述高频整流电路连接。
8.所述高频整流电路具有第六运放模块、第七运放模块、第八运放模块及第九运放模块；所述第六运放模块的同向输入端与第七运放模块的反向输入端均与所述差分采样电路连接；所述第六运放模块的输出端与第七运放模块的输出端并联后与第八运放模块的同向输入端相连接，所述第八运放模块的输出端与第九运放模块的反向输入端连接，所述第九运放模块的输出端与所述adc采样电路连接。
9.所述adc采样电路具有adc芯片，所述adc芯片通过spi接口与所述mcu控制电路连接。
10.高精度电涡流检测电路，还包括电源电路，所述电源电路用于向所述高精度电涡流检测电路供电，所述电源电路具有隔离电源模块。
11.高精度电涡流检测电路，还包括：以太网接口电路，所述以太网接口电路具有以太网接口芯片，所述以太网接口芯片通过spi与mcu控制电路进行数据交互。
12.高精度电涡流检测电路，还包括usb接口电路，所述usb接口电路具有usb接口芯片，所述usb接口芯片与所述mcu控制电路连接。
13.所述mcu控制电路具有stm32f446ret6单片机。
14.本实用新型的有益效果：本实用新型中mcu控制电路作为主控制部分，控制波形发生电路产生稳定规律的正弦波，之后使用该正弦波信号作为lcr电桥的电源，同时将外部电涡流传感器接入lcr电桥，电涡流传感器根据距离产生的电感变化将会被lcr电桥采集，之后通过差分采样电路对该变化进行采集并放大，因高频正弦信号处理难度较大，故采用高频整流电路对该信号整流为直流信号，同时通过adc采样电路处理为数字信号传输至mcu控制电路，从而获取距离变化情况，进而获得抱闸磨损情况及气隙情况。
附图说明
15.图1为本实用新型中高精度电涡流检测电路的原理框图。
16.图2为本实用新型中电源电路的电路图。
17.图3为本实用新型中mcu控制电路的电路图。
18.图4为本实用新型中波形发生电路的电路图。
19.图5为本实用新型中lcr电桥的电路图。
20.图6为本实用新型中差分采样电路的电路图。
21.图7为本实用新型中高频整流电路的电路图。
22.图8为本实用新型中adc采样电路的电路图。
23.图9为本实用新型中以太网接口电路的电路图。
24.图10为本实用新型中usb接口电路的电路图。
具体实施方式
25.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。本实用新型可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本实用新型透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本实用新型的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
26.本实用新型中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
27.如图1所示，高精度电涡流检测电路，包括mcu控制电路、波形发生电路、lcr电桥、
电涡流传感器、差分采样电路、高频整流电路、adc采样电路；所述mcu控制电路控制波形发生电路产生用于所述lcr电桥供电的正弦波，所述lcr电桥向所述电涡流传感器，所述lcr电桥用于采集所述电涡流传感器根据距离产生的电感变化，所述差分采样电路用于将该电感变化放大为高频正弦信号，所述高频整流电路用于将该高频正弦信号转换成直流信号，所述adc采样电路用于将该直流信号转换成数字量信号并发送至所述mcu控制电路；mcu控制电路作为主控制部分，控制波形发生电路产生稳定规律的正弦波，之后使用该正弦波信号作为lcr电桥的电源，同时将外部电涡流传感器接入lcr电桥，电涡流传感器根据距离产生的电感变化将会被lcr电桥采集，之后通过差分采样电路对该变化进行采集并放大，因高频正弦信号处理难度较大，故采用高频整流电路对该信号整流为直流信号，同时通过adc采样电路处理为数字信号传输至mcu控制电路，从而获取距离变化情况，进而获得抱闸磨损情况及气隙情况；具体的，电涡流传感器的轴向沿制动轮的径向固定在闸瓦上，其随闸瓦沿制动轮的径向移动，用于测定其与制动轮之间的距离，通过测定闸瓦夹紧与释放时距离的变化，即可获得气隙情况，通过测定使用一段时间的前后闸瓦夹紧时的距离变化，即可获得抱闸磨损情况。
28.作为波形发生电路具体的一种实施方式，如图4所示，所述波形发生电路具有波形发生器u4，所述波形发生器u4通过spi接口与所述mcu控制电路相连接，所述波形发生器的输出端连接有第一运放模块u3a，第一运放模块u3a用于调整正弦波幅值；对于电涡流传感器，不同频率正弦波则电涡流特性也会有较大差别，对此经过多次测试得出电涡流传感器在100khz~1mhz频率下工作状态比较适合测试具体的，波形发生器ad9388波形发生器，该信号发生器可以产生最高2mhz频率的正弦波。
29.作为lcr电桥具体的一种实施方式，如图5所示，所述lcr电桥具有功放芯片u2，所述功放芯片u2的输入端连接有第二运放模块u3b，第二运放模块u3b作为电压跟随器，减少后端电路对前端信号波形的干扰，所述第二运放模块u3b的反向输入端与所述第一运放模块u3a的输出端相连接，所述功放芯片u2的输出端连接有所述电涡流传感器p2，所述电涡流传感器p2上并联有电感l1和电感l2，电感l1与电感l2并联；匹配电感l1与电感l2使之与电涡流传感器电感值相等，同时使r10=r11，r15=r16，则在静止状态，ina与inb之间电压值将为0，当电涡流传感器电感值发生变化时，此时电桥产生不平衡，ina与inb之间将产生交变电压，采集该点电压将可以通过计算得出电感值变化量。
30.为了采集lcr电桥中ina、inb两点电压，并尽可能减少工模干扰，故采用差分采样电路；该电路可以有效的抑制工模干扰，大大提高电路采样的稳定性；作为差分采样电路具体的一种实施方式，如图6所示，所述差分采样电路具有第三运放模块u5a、第四运放模块u5b及第五运放模块u6a；所述第三运放模块u5a的反向输入端与所述电感l1和电感l2的并联端相连接，所述第三运放模块u5a的输出端与所述第五运放模块u6a的反向输入端连接；所述第四运放模块u5b与所述电涡流传感器连接，所述第四运放模块u5b的输出端与所述第五运放模块u6a的同向输入端连接；所述第五运放模块u6a的输出端与反向输入端并联后与所述高频整流电路连接。
31.作为高频整流电路具体的一种实施方式，如图7所示，所述高频整流电路具有第六运放模块u7a、第七运放模块u7b、第八运放模块u8a及第九运放模块u8b；所述第六运放模块u7a的同向输入端与第七运放模块u7b的反向输入端均与所述差分采样电路连接；所述第六
运放模块u7a的输出端与第七运放模块u7b的输出端并联后与第八运放模块u8a的同向输入端相连接，所述第八运放模块u8a的输出端与第九运放模块u8b的反向输入端连接，所述第九运放模块u8b的输出端与所述adc采样电路连接；通过第六运放模块u7a、第七运放模块u7b作为高频整流电路，第六运放模块u7a作为正向电压跟随器，第七运放模块u7b作为反向放大器，两者叠加则可作为电路正弦波全波整流；经过电容c20、电容c21进行滤波则可以产生稳定的直流信号；再经由第八运放模块u8a、第九运放模块u8b调零放大，传输至adc采样芯片进行采集。
32.作为adc采样电路具体的一种实施方式，如图8所示，所述adc采样电路具有adc芯片，所述adc芯片通过spi接口与所述mcu控制电路连接；adc采样电路采用外置adc芯片，通过spi接口与mcu控制电路连接进行数据交换；目前为了匹配高频整流电路，采用外部基准电压输入，即采用tl431芯片作为外部基准输入，可以调节adc采样的准确度。
33.在一些实施例中，如图1和2所示，高精度电涡流检测电路，还包括电源电路，所述电源电路用于向所述高精度电涡流检测电路供电，所述电源电路具有隔离电源模块u1；采用隔离电源模块u1，将外部电源与内部供电进行隔离，防止外部电源干扰影响内部型号采集；自恢复保险丝r1能够防止后端电路过载、短路等故障；二极管d1则可以防止电路反接，导致损坏后端电路，对电路造成不可逆损坏；二极管d2则为tvs二极管，用于防止电路过压，增加该电源抗浪涌能力；电容c4为输入滤波电容，减少输入谐波的干扰；电容c1~c7则为输出滤波电容，减少电源模块输出谐波；具体的，隔离电源模块u1为wra2405电源模块。
34.在一些实施例中，如图1和9所示，高精度电涡流检测电路，还包括：以太网接口电路，所述以太网接口电路具有以太网接口芯片u13，所述以太网接口芯片u13通过spi与mcu控制电路进行数据交互；以太网接口芯片u13采用w5500，该芯片内部集成以太网物理口及软件协议，通过spi与单片机进行数据交互是，大大减少电路硬件设计及软件程序设计的工作；mcu控制电路将计算好的抱闸磨损情况及气隙情况数据通过以太网接口电路传输至大数据平台，及时监控起重机抱闸安全状态，以此实现闭环控制。
35.在一些实施例中，如图1和10所示，高精度电涡流检测电路，还包括usb接口电路，所述usb接口电路具有usb接口芯片u12，所述usb接口芯片u12与所述mcu控制电路连接；usb接口电路主要用于单片机程序更新，采用ch340g作为usb接口芯片，其具有可配置输出接口，可通过输出接口配置单片机启动状态及复位状态，无需手动调整。
36.作为mcu控制电路具体的一种实施方式，如图3所示，所述mcu控制电路具有stm32f446ret6单片机，stm32f446ret6单片机的主频达168mhz，足够该算法的运行；采用l1117-3.3线性稳压电源为该单片机控制系统供电；调试接口则采用st-link接口。
37.至此，已经详细描述了本实用新型的各实施例。为了避免遮蔽本实用新型的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
38.以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。