专利名称：旋转部件角度位移检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力电子技术领域的电路，具体是一种旋转部件角度位移检
测电路。
背景技术：
需要检测旋转部件角度位移的场合非常多，例如化纤巻丝机张力控制及力矩控 制。在这些应用中，需要将角度位移的mV级别信号转换为V级的线性电压信号，为此需要 设置旋转部件角度位移检测电路与信号放大滤波电路。 经对现有文献检索发现，弭守金在《科技资讯》2006年18期上发表了题为"提高 角位移检测精度的复位电路"的文章，该文重点描述了角位移传感器本身的原理和机械结 构设计，提供了一种复位电路来提高角位移检测精度，但是该技术检测的可靠性差，灵敏度 低，电路结构复杂，成本高，调试和实现的难度大。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种旋转部件角度位移检测电路。本发 明通过采用高灵敏度角度检测芯片配置合适的差动放大电路和滤波电路，实现了对旋转位 置的高可靠和高灵敏检测。 本发明是通过以下技术方案实现的 本发明包括角位检测电路和放大滤波电路，其中角位检测电路与放大滤波电 路相连传输差动电压信号。
所述的角位检测电路包括电路板、圆形锡箔、角度位移传感器和磁柱，其中圆 形锡箔附在电路板的一侧，圆形锡箔与磁柱位于同侧，圆形锡箔和磁柱之间有间距，角度位 移传感器位于电路板的另一侧，圆形锡箔的中心和角度位移传感器的中心相对，角度位移 传感器的输出负极和输出正极分别和放大滤波电路相连。
所述的圆形锡箔和磁柱之间的间距为5mm。 所述的放大滤波电路包括差动放大电路和低通滤波电路，其中差动放大电路 和低通滤波电路相连传输电压信息。 所述的差动放大电路包括三个运算放大器和十个电阻，其中第一运算放大器 的反向输入端、第一电阻的一端和第二电阻的一端分别两两相连，第一运算放大器的正向 输入端与角度位移传感器的输出负极相连，第一运算放大器的输出端、第二电阻的另一端 和第三电阻的一端分别两两相连，第二运算放大器的反向输入端、第一电阻的另一端和第 四电阻的一端分别两两相连，第二运算放大器的正向输入端与角度位移传感器的输出正极 相连，第二运算放大器的输出端、第四电阻的另一端和第五电阻的一端分别两两相连，第三 运算放大器的反向输入端、第三电阻的另一端和第九电阻的一端分别两两相连，第三运算 放大器的正向输入端、第五电阻的另一端和第六电阻的一端分别两两相连，第三运算放大 器的输出端、第九电阻的另一端、第十电阻的一端和低通滤波电路分别两两相连，第十电阻的另一端接地，第六电阻的另一端、第七电阻的一端和第八电阻的一端分别两两相连，第七 电阻的另一端接+5V电源，第八电阻的另一端接地。 所述的低通滤波电路包括一个运算放大器、七个电阻、五个电容和一个稳压二极 管，其中第十电阻的一端、第一电容的一端和差动放大电路分别两两相连，第十一电阻的 另一端、第二电容的一端和第十六电阻的一端分别两两相连，第二电容的另一端、第三电容 的一端、第十二电阻的一端、第十三电阻的一端和第十四电阻的一端分别两两相连，第一电 容的另一端、第四电容的一端和第十二电阻的另一端分别两两相连，第四运算放大器的反 向输入端、第四运算放大器的输出端、第十四电阻的另一端、第十五电阻的一端和第十七电 阻的一端分别两两相连，第四运算放大器的正向输入端、第十六电阻的的另一端和第四电 容的另一端分别两两相连，第十七电阻的另一端、第五电容的一端和稳压二极管的阴极分 别两两相连，第五电容的另一端、稳压二极管的阳极、第三电容的另一端、第十三电阻的另 一端和第十五电阻的另一端均接地。 本发明根据电磁感应原理、差动放大和滤波原理，基于单芯片角度位移传感器，实 现了旋转部件角度的位移检测，检测的可靠性强，灵敏度高，电路结构简单，成本低，易于调 试和实现。
图1为实施例的组成连接示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述的实施例。 如图1所示，本实施例包括角位检测电路1和放大滤波电路2，其中角位检测电 路1与放大滤波电路2相连传输差动电压信号。 所述的角位检测电路1包括电路板、圆形锡箔Tinl、角度位移传感器U5和磁柱 Ml，其中圆形锡箔Tinl附在电路板的一侧，圆形锡箔Tinl与磁柱Ml位于同侧，圆形锡箔 Tinl和磁柱Ml之间有5mm间距，角度位移传感器U5位于电路板的另一侧，圆形锡箔Tinl 的中心和角度位移传感器U5的中心相对，角度位移传感器U5的输出负极OUT-和输出正极 0UT+分别和放大滤波电路2相连。 所述的放大滤波电路2包括差动放大电路和低通滤波电路，其中差动放大电路 包括三个运算放大器和十个电阻；低通滤波电路包括一个运算放大器、七个电阻、五个
电容和一个稳压二极管。 第一运算放大器U1的反向输入端、第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端分别 两两相连，第一运算放大器U1的正向输入端与角度位移传感器U5的输出负极OUT相连，第 一运算放大器U1的输出端、第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的一端分别两两相连，第 二运算放大器U2的反向输入端、第一电阻R1的另一端和第四电阻R4的一端分别两两相 连，第二运算放大器U2的正向输入端与角度位移传感器U5的输出正极OUT+相连，第二运 算放大器U2的输出端、第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端分别两两相连， 三运算放大器U3的反向输入端、第三电阻R3的另一端和第九电阻R9的一端分别两两相连，第 三运算放大器U3的正向输入端、第五电阻R5的另一端和第六电阻R6的一端分别两两相 连，第三运算放大器U3的输出端、第九电阻R9的另一端、第十电阻R10的一端、第十一电阻 Rll的一端和第一电容C1的一端分别两两相连，第十电阻RIO的另一端接地，第六电阻R6 的另一端、第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端分别两两相连，第七电阻R7的另一端 接+5V电源，第八电阻R8的另一端接地，第十一电阻R11的另一端、第二电容C2的一端和第 十六电阻R16的一端分别两两相连，第二电容C2的另一端、第三电容C3的一端、第十二电 阻R12的一端、第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端分别两两相连，第一电容Cl 的另一端、第四电容C4的一端和第十二电阻R12的另一端分别两两相连，第四运算放大器 U4的反向输入端、第四运算放大器U4的输出端、第十四电阻R14的另一端、第十五电阻R15 的一端和第十七电阻R17的一端分别两两相连，第四运算放大器U4的正向输入端、第十六 电阻R16的的另一端和第四电容C4的另一端分别两两相连，第十七电阻R17的另一端、第 五电容C5的一端和稳压二极管ZD1的阴极分别两两相连，第五电容C5的另一端、稳压二极 管ZD1的阳极、第三电容C3的另一端、第十三电阻R13的另一端和第十五电阻R15的另一 端均接地。 本实施例中的参数具体为圆形锡箔Tinl的半径为35mm ;磁柱M1是直径为7. 5mm 的柱状磁性钢柱；角度位移传感器U5是线性磁阻角位移检测芯片HMC1501 ;第一运算放大 器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3和第四运算放大器U4都是由+5V电源供电的 满幅值运算放大器LMV324 ;第一电阻Rl的阻值是0. 5kW ;第二电阻R2的阻值是4. 7kW ;第 三电阻R3的阻值是110kW ;第四电阻R4的阻值是4. 4kW ;第五电阻R5的阻值是110kW ;第 六电阻R6的阻值是110kW ;第七电阻R7的阻值是2. 2kW ;第八电阻R8的阻值是2. 2kW ;第 九电阻R9的阻值是110kW ;第十电阻R10的阻值是2. 2kW ;第i^一电阻Rll的阻值是30kW ; 第十二电阻R12的阻值是15kW ;第十三电阻R13的阻值是lkW ;第十四电阻R14的阻值是 330W ;第十五电阻R15的阻值是2. 2kW ;第十六电阻R16的阻值是30kW ;第十七电阻R17的 阻值是2. 2kW;第一电容Cl的电容是100nF;第二电容C2的电容是220nF ;第三电容C3的 电容是18nF;第四电容C4的电容是100nF;第五电容C5的电容是3. 3nF ;稳压二极管ZD1 在+5. IV时动作。 本实施例中角位检测电路1和放大滤波电路2密切配合，将旋转部件的角度位移 转换成0V 5V的强电电压信号旋转部件的角度位移变换引起磁柱M1作圆周运动，角度 位移传感器U5将通过电磁感应得到的mV级别的弱电信号传给差动放大电路，差动放大电 路将该弱电信号放大100倍后传给低通滤波电路，低通滤波电路滤波后经输出端U0就会输 出0-5V的强电信号，该强电信号与旋转部件的角度位移成正比，通过测量该强电信号的大 小即可得知旋转部件的角度位移大小，该强电信号可输送给后级控制器来进行闭环控制。
本实施例根据电磁感应原理、差动放大和滤波原理，基于单芯片角度位移传感器， 实现了旋转部件角度的位移检测，检测的可靠性强，灵敏度高，电路结构简单，成本低，易于 调试和实现。
权利要求
一种旋转部件角度位移检测电路，其特征在于，包括角位检测电路和放大滤波电路，其中角位检测电路与放大滤波电路相连传输差动电压信号；所述的角位检测电路包括电路板、圆形锡箔(Tin1)、角度位移传感器(U5)和磁柱(M1)，其中圆形锡(Tin1)箔附在电路板的一侧，圆形锡箔(Tin1)与磁柱(M1)位于同侧，圆形锡箔(Tin1)和磁柱(M1)之间有间距，角度位移传感器(U5)位于电路板的另一侧，圆形锡箔(Tin1)的中心和角度位移传感器(U5)的中心相对，角度位移传感器(U5)的输出负极和输出正极分别和放大滤波电路相连；所述的放大滤波电路包括差动放大电路和低通滤波电路，其中差动放大电路和低通滤波电路相连传输电压信息，差动放大电路和角位检测电路相连传输差动电压信号。
2. 根据权利要求l所述的旋转部件角度位移检测电路，其特征是，所述的圆形锡箔 (Tinl)和磁柱(Ml)之间的间距为5mm。
3. 根据权利要求1所述的旋转部件角度位移检测电路，其特征是，所述的差动放大电路包括三个运算放大器和十个电阻，其中第一运算放大器(Ul)的反向输入端、第一电阻(Rl)的一端和第二电阻(R2)的一端分别两两相连，第一运算放大器(Ul)的正向输入端与 角度位移传感器(U5)的输出负极相连，第一运算放大器(Ul)的输出端、第二电阻(R2)的 另一端和第三电阻(R3)的一端分别两两相连，第二运算放大器(U2)的反向输入端、第一电 阻(Rl)的另一端和第四电阻(R4)的一端分别两两相连，第二运算放大器(U2)的正向输入 端与角度位移传感器(U5)的输出正极相连，第二运算放大器(U2)的输出端、第四电阻(R4) 的另一端和第五电阻(R5)的一端分别两两相连，第三运算放大器(U3)的反向输入端、第三 电阻(R3)的另一端和第九电阻(R9)的一端分别两两相连，第三运算放大器(U3)的正向输 入端、第五电阻(R5)的另一端和第六电阻(R6)的一端分别两两相连，第三运算放大器(U3) 的输出端、第九电阻(R9)的另一端、第十电阻(RIO)的一端和低通滤波电路分别两两相连， 第十电阻(RIO)的另一端接地，第六电阻(R6)的另一端、第七电阻(R7)的一端和第八电阻 (R8)的一端分别两两相连，第七电阻(R7)的另一端接电压电源，第八电阻(R8)的另一端接 地。
4. 根据权利要求1所述的旋转部件角度位移检测电路，其特征是，所述的低通滤波电 路包括一个运算放大器、七个电阻、五个电容和一个稳压二极管(ZD1)，其中第十电阻 (RIO)的一端、第一电容(CI)的一端和差动放大电路分别两两相连，第十一电阻(Rll)的另 一端、第二电容(C2)的一端和第十六电阻(R16)的一端分别两两相连，第二电容(C2)的另 一端、第三电容(C3)的一端、第十二电阻(R12)的一端、第十三电阻(R13)的一端和第十四 电阻(R14)的一端分别两两相连，第一电容(CI)的另一端、第四电容(C4)的一端和第十二 电阻(R12)的另一端分别两两相连，第四运算放大器(U4)的反向输入端、第四运算放大器 (U4)的输出端、第十四电阻(R14)的另一端、第十五电阻(R15)的一端和第十七电阻(R17) 的一端分别两两相连，第四运算放大器(U4)的正向输入端、第十六电阻(R16)的的另一端 和第四电容(C4)的另一端分别两两相连，第十七电阻(R17)的另一端、第五电容(C5)的一 端和稳压二极管(ZD1)的阴极分别两两相连，第五电容(C5)的另一端、稳压二极管(ZD1) 的阳极、第三电容(C3)的另一端、第十三电阻(R13)的另一端和第十五电阻(R15)的另一 端均接地。
全文摘要
本发明公开了一种电力电子技术领域的旋转部件角度位移检测电路，包括角位检测电路和放大滤波电路，其中角位检测电路包括电路板、圆形锡箔、角度位移传感器和磁柱；放大滤波电路包括差动放大电路和低通滤波电路，旋转部件的角度位移变换引起磁柱作圆周运动，角度位移传感器将通过电磁感应得到的mV级别的弱电信号传给差动放大电路，差动放大电路将该弱电信号放大后传给低通滤波电路，低通滤波电路滤波后就会输出0-5V的强电信号，该强电信号与旋转部件的角度位移成正比，通过测量该强电信号的大小即可得知旋转部件的角度位移大小。本发明基于单芯片角度位移传感器，实现了旋转部件角度的位移检测，使得本发明结构简单、成本低、实现容易。
文档编号G01D5/14GK101706290SQ20091030989
公开日2010年5月12日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者杨兴华, 杨喜军, 钟莉娟 申请人:上海交通大学