一种传感器信号调理电路及电路板的制作方法

本实用新型涉及监测设备技术领域，特别涉及一种传感器信号调理电路及电路板。

背景技术：

传感器作为一种监测设备，广泛应用于机械、船舶、轨道交通等领域。其中，电压输出型传感器壳体内部安装有电路板，通过电路板上的振动冲击敏感元件敏感被测位置的振动、冲击和温度信号等物理量，将其转换为电压模拟信号后输出。

但是通常电压输出型传感器输出的电压模拟信号都比较微弱，且电压模拟信号在长距离传输时易受外界干扰，会影响到信号传输的稳定性。因此，如何对电压输出型传感器输出的电压模拟信号进行转换和处理，提高信号传输的稳定性，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种传感器信号调理电路及电路板，能够对传感器敏感元件输出的电压模拟信号进行放大和转换，以提高信号传输的稳定性。

本实用新型第一方面提供一种传感器信号调理电路，包括运算放大模块和电压电流转换模块；

所述运算放大模块的输入端与传感器敏感元件的输出端连接，用于将所述传感器敏感元件输出的电平电压信号调整到预设电平；

所述电压电流转换模块的输入端与所述运算放大模块的输出端连接，所述电压电流转换模块的输出端与后级检测系统的输入端连接，用于将所述运算放大模块输出的电压信号转换成电流信号。

优选地，所述传感器信号调理电路还包括输出电流补偿模块；

所述输出电流补偿模块的输入端接入第一基准电压，所述输出电流补偿模块的输出端与所述电压电流转换模块中的运算放大器的反相输入端连接，用于依据所述第一基准电压生成对应的补偿电流，并输入到所述电压电流转换模块中以对其输出电流信号进行补偿。

优选地，所述输出电流补偿模块包括第一电阻，所述第一电阻的第一端作为所述输出电流补偿模块的输入端，所述第一电阻的第二端作为所述输出电流补偿模块的输出端。

优选地，所述电压电流转换模块包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一运算放大器和nmos管；

所述第二电阻的第一端作为所述电压电流转换模块的输入端，所述第二电阻的第二端与所述第一运算放大器的同相输入端连接，所述第一运算放大器的反相输入端分别与所述第一电阻的第二端、所述第三电阻的第一端及所述nmos管的源极连接，所述第三电阻的第二端与地连接，所述第一运算放大器的输出端与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述nmos管的栅极连接，所述nmos管的漏极作为所述电压电流转换模块的输出端。

优选地，所述运算放大模块包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二运算放大器；

所述第五电阻的第一端与地连接，所述第五电阻的第二端分别与所述第二运算放大器的同相输入端及所述第六电阻的第一端连接，所述第六电阻的第二端接入第二基准电压，所述第七电阻的第一端作为所述运算放大模块的输入端，所述第七电阻的第二端分别与所述第二运算放大器的反相输入端及所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端与所述第二运算放大器的输出端连接，其公共端作为所述运算放大模块的输出端。

本实用新型第一方面提供的传感器信号调理电路，通过运算放大模块将传感器敏感元件输出的电平电压信号调整到预设电平，方便后级检测系统采集，通过电压电流转换模块将运算放大模块输出的电压信号转换成电流信号提供给后级检测系统，与现有技术相比，在信号长距离传输时能够降低干扰，提高信号传输的稳定性。

本实用新型第二方面提供一种传感器电路板，包括电路板本体，所述电路板本体上安装有敏感元件和信号调理电路，所述敏感元件用于敏感被测位置的振动冲击物理量并将其转换为电压信号，所述信号调理电路为上述任意一项所述的传感器信号调理电路。

优选地，所述电路板本体的底端设有用于焊接测温元件引脚的台阶板，所述台阶板的厚度小于所述电路板本体的厚度。

优选地，所述电路板本体的底端的外周设有用于信号传递的锥面。

优选地，所述电路板本体的顶端设有用于径向固定的限位台阶。

优选地，所述信号调理电路的外部设有用于屏蔽干扰的屏蔽罩。

本实用新型第二方面提供的传感器电路板，在电路板本体上安装有上述传感器信号调理电路，由于上述传感器信号调理电路具有上述技术效果，因此，该传感器电路板也具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种传感器信号调理电路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种传感器信号调理电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的又一种传感器信号调理电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种传感器信号调理电路的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种传感器电路板的立体示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种传感器电路板的正视示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种传感器电路板的后视示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种传感器电路板的左视示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本实用新型实施例第一方面提供一种传感器信号调理电路，请参阅图1至图4，该传感器信号调理电路包括运算放大模块100和电压电流转换模块200，其中，运算放大模块100的输入端与传感器敏感元件的输出端连接，用于将传感器敏感元件输出的电平电压信号调整到预设电平；电压电流转换模块200的输入端与运算放大模块100的输出端连接，电压电流转换模块200的输出端与后级检测系统的输入端连接，用于将运算放大模块100输出的电压信号转换成电流信号。

本实用新型实施例中，电压输出型传感器敏感元件一般采用低电压供电，其最小输出信号的电平接近零电平，通过运算放大模块100可以将传感器敏感元件输出信号中的直流偏置和交流分量分别放大，为电压电流转换模块200提供有效的输入。而由于以电压方式长距离传输模拟信号时，信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压衰减，信号接收端的输入电阻越低，电压衰减越大，为了避免信号在传输过程中的衰减，只有增加信号接收端的输入电阻，但信号接收端输入电阻的增加，会使传输线路抗干扰性能降低，易受外界干扰，信号传输不稳定，通过电压电流转换模块200可以将运算放大模块100输出的电压信号转换成电流信号提供给后级检测系统，从而在信号长距离传输时能够降低干扰，提高信号传输的稳定性。

进一步地，本实用新型一些实施例中，该传感器信号调理电路还包括输出电流补偿模块300，输出电流补偿模块300的输入端接入第一基准电压，输出电流补偿模块300的输出端与电压电流转换模块200中的运算放大器的反相输入端连接，用于依据第一基准电压生成对应的补偿电流，并输入到电压电流转换模块200中以对其输出电流信号进行补偿。

具体的，在上述实施例的基础上，一些可选的实施例中，输出电流补偿模块300包括第一电阻，第一电阻的第一端作为输出电流补偿模块300的输入端，第一电阻的第二端作为输出电流补偿模块300的输出端。

在上述实施例的基础上，本实用新型一种具体的实施方式中，电压电流转换模块200包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一运算放大器和nmos管；第二电阻的第一端作为电压电流转换模块200的输入端，第二电阻的第二端与第一运算放大器的同相输入端连接，第一运算放大器的反相输入端分别与第一电阻的第二端、第三电阻的第一端及nmos管的源极连接，第三电阻的第二端与地连接，第一运算放大器的输出端与第四电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与nmos管的栅极连接，nmos管的漏极作为电压电流转换模块200的输出端。

具体的，第一电阻包括并联的电阻r1和电阻r2，电阻r1和电阻r2的第一公共端接入有第一基准电压vdd，第二公共端与第一运算放大器n1a的反相输入端连接。第二电阻r3为平衡电阻，连接于第一运算放大器n1a的同相输入端，用于平衡运算放大器输入端的电阻，进行阻抗匹配和减小失调电流。第三电阻为电压电流转换电阻，包括电阻r4和电阻r5，其第一公共端连接于第一运算放大器n1a的反相输入端和nmos管t1的源极，第二公共端与地连接。第四电阻r6为限流电阻，第一运算放大器n1a的输出端通过第四电阻r6连接于nmos管t1的栅极，而nmos管t1的漏极与后级检测系统相连。第一运算放大器n1a的正电源端接入电源电压，第一运算放大器n1a的接地端接地。具体实施时，考虑到传感器的输出电流较小，第四电阻r6可以选择较小的阻值，其阻值甚至可以为0，相当于直接去掉第四电阻r6，不会影响本技术方案的实施。

进一步地，在上述实施例的基础上，一种具体的实施方式中，运算放大模块100包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第二运算放大器，第五电阻的第一端与地连接，第五电阻的第二端分别与第二运算放大器的同相输入端及第六电阻的第一端连接，第六电阻的第二端接入第二基准电压，第七电阻的第一端作为运算放大模块100的输入端，第七电阻的第二端分别与第二运算放大器的反相输入端及第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端与第二运算放大器的输出端连接，其公共端作为运算放大模块100的输出端。

具体的，第五电阻r7和第六电阻r8组成分压电路，其中，第五电阻r7的一端接地，第六电阻r8的一端接入第二基准电压，第五电阻r7的另一端和第六电阻r8的另一端均连接第二运算放大器n1b的同相输入端，此分压电压作为第二运算放大器n1b的同相输入端电压。传感器敏感芯片接第七电阻r9的一端，第七电阻r9的另一端与第二运算放大器n1b的反相输入端连接。第八电阻r10的两端分别与第二运算放大器n1b的反相输入端和第二运算放大器n1b的输出端连接。此时，第二运算放大器n1b的输出端得到经调理后的电压信号，为电压电流转换模块200提供有效的输入。

可以理解的是，第五电阻r7和第六电阻r8将第二基准电压分压后得到的电压接入第二运算放大器n1b的同相输入端，传感器敏感元件的输出阻抗、第七电阻r9、第八电阻r10与第二运算放大器n1b构成反向放大器。其中，第二基准电压可以与第一基准电压相同，也可以不同，本实施例中，为了方便控制，第二基准电压与第一基准电压均为vdd。

在具体实施时，第三电阻也可以只包括电阻r4，由电阻r4单独组成电压电流转换电阻，其第一端连接于第一运算放大器n1a的反相输入端和nmos管t1的源极，第二端与地连接。可选的，在第二电阻r3与第一运算放大器n1a的同相输入端之间还可以连接分压电阻r11。具体来说，分压电阻r11的第一端连接第二电阻r3的第二端与第一运算放大器n1a的同相输入端的连接节点，分压电阻r11的第二端与地连接，分压电阻r11将运算放大模块100输出的电压信号经分压后输入到第一运算放大器n1a的同相输入端。通过以上可知，本实用新型实施例提供的传感器信号调理电路，能够在信号长距离传输时降低干扰，提高信号传输的稳定性。

本实用新型实施例第二方面提供一种传感器电路板，请参阅图5至图8，该传感器电路板包括电路板本体1，电路板本体1上安装有敏感元件2和信号调理电路3，其中，敏感元件2用于敏感被测位置的振动冲击物理量并将其转换为电压信号，信号调理电路3为上述任意实施例中所述的传感器信号调理电路。

本实施例中，该传感器电路板一般安装于传感器壳体内部，通过电路板本体1上安装的敏感元件2可以敏感被测位置的振动、冲击信号等物理量，并将其转换为电压信号，通过信号调理电路3的调理后转换为电流信号进行传输。

作为本实用新型一种可选的实施例，电路板本体1的底端设有用于焊接测温元件引脚的台阶板11。本实施例中，由于传感器内部一般需要安装测温元件，通过在电路板本体1的底端设置台阶板11，可以将测温元件4的引脚焊接在台阶板11上。

进一步地，在上述实施例的基础上，一种具体的实施方式中，台阶板11的厚度小于电路板本体1的厚度。本实施例中，由于台阶板11的厚度小于电路板本体1的厚度，在测温元件4安装后，可以增大其引脚与传感器壳体的间距，保证有足够的绝缘距离，从而提高传感器的绝缘性能。

为了提高传感器的信号监测灵敏度，在上述实施例的基础上，一种具体的实施例中，电路板本体1的底端的外周设有用于信号传递的锥面12。本实施例中，通过设置锥面12，有助于传感器壳体将底部接收到的振动冲击信号传递至电路板本体1上的敏感元件2，提高传感器的信号监测灵敏度。可选的，在进行传感器结构设计时，可以在传感器壳体的底部内壁设置与锥面12配合的内锥面，如此，还可以方便地固定传感器电路板。

为了提高传感器电路板的固定效果，在上述实施例的基础上，本实用新型的一些实施例中，电路板本体1的顶端设有用于径向固定的限位台阶13。本实施例中，将传感器电路板插入传感器壳体的底部后，一般需要通过压套对传感器电路板进行轴向固定，通过在电路板本体1的顶端设置限位台阶13，可以与压套进行配合，径向固定传感器电路板。

作为本实用新型一种可选的实施例，信号调理电路3的外部设有用于屏蔽干扰的屏蔽罩。本实施例中，通过在信号调理电路3的外部设置屏蔽罩，可以防止外部干扰，提高信号传递的稳定性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。