一种无源磁钢信号处理电路的制作方法
- 国知局
- 2024-08-01 08:36:19
本技术涉及电子电路,尤其涉及一种无源磁钢信号处理电路。
背景技术:
1、目前,在轨道交通领域大多采用无源磁钢传感器来探测列车的进入和驶出。无源磁钢传感器产生的信号幅度与列车通过时的速度有关,速度越快无源磁钢传感器产生的信号幅度越大。当列车通过的速度很低时,无源磁钢传感器产生的有效信号与周围干扰信号很接近,容易出现误检或者漏检现象。由于列车的车种不同、车轮结构不同、安装位置不同、处于弯道或由于车速不同等因素,无源磁钢传感器输出信号大小上有较大的区别,使得检测过程中容易出现缺轴和多轴现象,严重影响设备的正常使用。现有无源磁钢信号处理电路采用的数字电路,电路采用设定电压比较器阈值的方法判别无源磁钢信号,高于电压比较器阈值的无源磁钢信号为有效信号,低于电压比较器阈值的无源磁钢信号为无效信号。电路采用一个或多个运算放大器逐级处理传感器的输出信号,电路的输出信号和单片机检测端无隔离直接连接。其只适用于列车作业在理想环境且无源磁钢传感器输出稳定状态下判别是否有列车通过,不能具体地判断出列车的行驶速度,而且,在列车运行速度很低的状态下,容易出现漏检现象。另外,现有无源磁钢信号处理电路采用的模拟电路,电路中存在共模噪声或其他电路的干扰,无源磁钢传感器信号与经过检测电路后的信号存在严重的相位偏移问题,检测时容易出现多检现象。因此,急需开发一种无源磁钢信号处理电路以解决上述技术问题。
2、有鉴于此,特提出本实用新型。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是提供一种无源磁钢信号处理电路,用于检测列车的启动信号、停止信号以及车速时,响应速度快,检测精度高,能够确保检测系统计数的正确性,使设备的丢轴率、多轴率降低到2%以下,具有广阔的应用前景,有利于推广应用。
2、为了实现上述目的,本实用新型提供的一种无源磁钢信号处理电路,无源磁钢输出的差分信号input_sim_p和input_sim_n经过无源磁钢信号处理电路后输出output_sim信号到单片机检测端,所述无源磁钢信号处理电路由并列设置的分压电路1和分压电路2,二极管限幅电路,三运放组成的放大器电路,分压电路3,电压跟随器和高速模拟隔离电路依次连接构成,所述分压电路1与分压电路2分别对无源磁钢输出的差分信号input_sim_p和input_sim_n进行降压及滤波处理,所述二极管限幅电路利用二极管的单向导通特性,对经过分压电路1和分压电路2后的无源磁钢信号进行限幅处理,处理后的信号分别为sim_p和sim_n,所述三运放组成的放大器电路用于放大经二极管限幅电路处理后的差分信号sim_p和sim_n,抑制信号中存在的共模噪声,所述分压电路3对三运放组成的放大器电路的输出信号进行降压及滤波处理,所述电压跟随器的输入阻抗高,输出阻抗低,作为中间级对前后级电路起到隔离作用,所述高速模拟隔离电路使得电压跟随器的输出信号与单片机检测端之间实现完全的电气隔离,抗干扰性强,保证电路的工作稳定。
3、优选地,所述分压电路1与分压电路2相同,均由电阻和电容构成,所述分压电路3由电阻和电容构成。
4、优选地,所述高速模拟隔离电路由高线性度模拟光电耦合器、三极管、电阻和电容组成,所述高线性度模拟光电耦合器内部含发光二极管和光电二极管。
5、优选地,所述无源磁钢信号处理电路包括滤波电容c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9,分压电阻r1、r2、r3、r4、r12、r13,电阻r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r22,限流电阻r14、r18,上拉电阻r15、r16、r19、r20,下拉电阻r17、r21,开关二极管d1、d2,限幅二极管d3,运算放大器u1、u2,线性光耦u3,npn三极管q2、q4和pnp三极管q1、q3;
6、所述无源磁钢输出的差分信号input_sim_p和input_sim_n通过c1连接;input_sim_p连接r1,r1通过r3连接agnd且通过c2连接agnd;input_sim_n连接r2,r2通过r4连接agnd且通过c3连接agnd;sim_p和sim_n通过d3连接;sim_p连接d1和u1的5脚;sim_n连接d2和u1的3脚;u1的2脚和6脚通过r5连接;u1的6脚通过r6连接u1的7脚;u1的2脚通过r7连接u1的1脚;u1的8脚接acc5v;u1的4脚接acc-5v;u1的7脚通过r8连接u2的2脚;u1的1脚通过r9连接u2的3脚;u2的2脚通过r10连接u2的1脚;u2的3脚通过r11连接acc_adj或通过r22连接mcu_dac;u2的8脚接acc5v;u2的4脚接acc-5v;u2的1脚通过r12连接u2的5脚;r12通过r13连接agnd且通过c4连接agnd;u2的6脚和7脚连接;u2的7脚通过c5连接agnd;u2的7脚通过r14连接u3的3脚;u3的3脚连接q1的1脚;u3的3脚通过c6连接q2的3脚;u3的4脚连接agnd;q1的2脚通过r15连接acc5v;q1的3脚连接agnd;q1的2脚连接q2的1脚;q2的2脚通过r16连接u3的1脚,u3的2脚连接acc5v;q2的2脚通过r17连接agnd;u3的2脚通过c7连接到agnd;vcc5v通过c8连接dgnd;u3的5脚连接到dgnd;u3的6脚通过r18连接q4的3脚且通过c9连接到q4的3脚,u3的6脚连接q3的1脚;q3的3脚连接dgnd;q3的2脚通过r19连接vcc5v;q3的2脚连接q4的1脚;q4的3脚通过r20连接到vcc5v;q4的2脚通过r21连接到dgnd;q4的3脚输出output_sim连接到单片机检测端。
7、优选地,所述input_sim_p接无源磁钢输出信号“+”,所述input_sim_n接无源磁钢输出信号“-”,所述sim_n接u1a的同相输入端3脚,所述sim_p接u1b的同相输入端5脚,所述output_sim为无源磁钢信号处理电路的输出,接到单片机检测端。
8、优选地,所述无源磁钢信号处理电路中电源包括acc5v(模拟电压正5v)、acc-5v(模拟电压负5v)、agnd(模拟地)和dgnd(数字地),所述无源磁钢信号处理电路中电压的确定与电路整体及运算放大器的工作电压有关,选用acc_adj或mcu_dac作为基准参照电压,其中acc_adj为硬件电路提供的电压,mcu_dac为单片机d/a引脚输出电压,设置该基准参照电压值时需要保证运算放大器u2a的1脚输出的电压值为正,选择哪种方式根据实际需求确定,即当选择acc_adj方式时焊接r11,不焊接r22;当选择mcu_dac方式时焊接r22,不焊接r11。
9、优选地,所述运算放大器u1由u1a和u1b两部分构成,所述运算放大器u2由u2a和u2b两部分构成,所述线性光耦u3由u3a、u3b、u3c和u3d四部分构成。
10、优选地,所述运算放大器u1、u2选用lm2904dr,所述限幅二极管d3选用1n4148w,所述开关二极管d1、d2选用bav99lt1g,所述npn三极管选用mmbt3904,所述pnp三极管选用mmbt3906,所述线性光耦u3选用hcnr201。
11、本实用新型提供的一种无源磁钢信号处理电路,具有如下有益效果。
12、1.本实用新型用于检测列车的启动信号、停止信号以及车速时,响应速度快,检测精度高,能够确保检测系统计数的正确性,使设备的丢轴率、多轴率降低到2%以下。
13、2.本实用新型的信号放大部分使用三运放组成的放大器电路处理无源磁钢传感器输出的差分信号,能够抑制输入信号中存在的共模噪声等干扰信号。
14、3.本实用新型中电压跟随器输出的信号与后面的单片机检测电路通过模拟光电耦合器相隔离,可以实现信号的单向传输,将处理后的无源磁钢信号与单片机之间实现电隔离,互不干扰,抗干扰能力强,电路工作稳定。
15、4.本实用新型利用二极管的单向导电性对经过分压电路后的无源磁钢传感器信号进行负向偏置,将信号的负电压提高0.7v,使得三运放组成的放大器电路输出无负压,电路简单,使得无源磁钢信号处理电路的输出output_sim无负压,可直接用于单片机检测。
16、5.本实用新型在分压电路3和高速模拟隔离电路中之间加入电压跟随器作为中间级,隔离前后级电路,能够对数据起到缓冲隔离的作用,避免前后级信号互相影响。
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