一种电涡流传感器技术领域
本发明属于智能传感器技术领域，特别涉及一种电涡流传感器。
背景技术
目前的多数传感器还停留在只能单一的输出逻辑电平，并不能具备接收外部指令
或是发送产品信息的功能。现有的电涡流传感器，将震荡模块采集到的信号经过滤波后转
换为模拟电压变化，再将模拟电压与一个固定电压比较，直接输出逻辑电平。且无法输出其
他信息。由于仅使用模拟电路实现，电路简单，成本低。单一的逻辑电平输出，只能检测固定
位置，输出高低电平。产品在组装调试封灌时，存在组装误差，人为误差，改变了产品的性能
指标。由于无法进行二次修改作业，最终造成产品的不良。并且，由于装配及调试工序繁琐，
精准度低，传感器趋向于小型化，从而对员工的技能要求较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能化的电涡流传感器。
本发明的技术方案是，一种电涡流传感器，包括MCU、传感器电源电路、脉冲驱动线
圈电路、峰值检波电路和输出线复用通信电路，MCU具备ADC、DAC、USART、EEPROM和GPIO，
通过GPIO控制电涡流传感器的输出状态，ADC实现采集过载电流及温度传感器数
据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换，
线圈数据的采集过程是，对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即
后端振荡信号发生变化，
比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，
通过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每次进一步判断比较器的电平变
化，直至检测到电平变化，则认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据，
通过电涡流传感器全温度范围内多个温度点的采样，得出线圈随温度的变化趋
势，通过对数据的曲线拟合，进行线圈温度补偿。
设定电涡流传感器检测距离的过程包括，
当金属靠近线圈时，振荡波形发生变化，通过DAC扫描，得出波形的当前值，即为当
前距离的阀值信号，
计算得出当前距离的变化量X，结合线圈温度补偿的数据，不同的温度点，实时的
调整阀值电压，及DAC输出电压，达到温度补偿及距离任意设定的功能。
本发明的技术特点包括：
1.远距离检测
本方案采用新型的脉冲驱动电路激励线圈，产生一个稳定的磁场，利用比较器设
计新型的峰值检波电路，具有较高的灵敏度，实现较远的检测距离，可以达到普通产品标准
距离的3倍，同时具有比较高的响应频率。
2.兼容性
利用通信功能，实现对距离的标定，避开传统的使用电位器的调试距离带来的误
差问题，同时可以弥补组装工艺影响距离的误差。为了满足通用性，通过标定距离，可以任
意标定为1倍，2倍，3倍距离，满足不同客户的需求。
3.标定模式
本方案通过软件进行标定，通过带有DAC功能的MCU输出模拟电压，给到比较器作
为峰值检波的阀值电压，与振荡信号做比较，DAC输出不同的模拟电压，实现不同距离的标
定功能。
4.性能参数设置
借助通信功能，使用外部调试工具进行数据交换，对传感器进行参数设置，实现传
感器功能切换的功能，如：常开常闭切换，过载电流切换，任意距离设定，稳定指示等功能。
5.输出控制线复用通信功能
通过借助传感器输出线，设计独立的接收信号电路部分，将输出线复用为数据通
信功能。同时不影响传感器的正常输出功能。
6.无论传感器处于常开或是常闭状态均可以进入通信模式
传感器处于常开状态，输出管截止，不影响接收部分电路，可以很容易的进入通信
模式，但是在产品处于常闭状态下，通过外部触发信号，使传感器输出进入短路保护状态，
一旦进入短路保护，MCU自动关断输出，延时一段时间再打开，利用这关断的时间，信号可以
进入接收电路，进入通信模式。
附图说明
图1本发明实施例的传感器电源电路原理图。
图2是本发明实施例的脉冲驱动线圈电路原理图。
图3是本发明实施例的峰值检波电路原理图。
图4是本发明实施例的输出线复用通信电路原理图。
图5是本发明电涡流传感器线圈补偿流程图。
图6是本发明电涡流传感器检测距离设定流程图。
具体实施方式
本发明的传感器电源部分，外部10-30V直流电源经过一级串联型稳压电路稳定到
8V直流电源，再通过一级线性稳压IC将电压稳至5.0V，为整个电路提供电压。如图1所示。
如图2所示，脉冲驱动线圈电路部分，此电路的优点是振荡信号频率稳定，驱动线
圈产生稳恒的磁场，提高检测的稳定性，同时具备较低功耗的特点。
如图3所示，峰值检波电路部分，振荡信号输入至比较器1脚，MCU的DAC模拟电压输
入至比较器3脚进行比较，当振荡信号的下峰值高于阀值电压，OUT端口输出高，振荡信号的
下峰值低于阀值电压，OUT端口输出低。由于比较器是开漏极输出，通过R11和R13对C14缓慢
充电，比较器输出低时，C14通过R14快速的放电，这样的过程，实现较高的灵敏度。
如图4所示，输出线复用通信功能电路部分，包含输出控制，电流采样，信号接收部
分。T3作为输出管用于输出带载使用，ADC采集R31上的电压，给到MCU用于判断电流大小。产
品工作于通信模式，将CTL_OUT切换成TXD与RXD端口组成串口通信，由于共用输出线，所以
要采用半双工通信的方式。
本传感器使用的主控芯片是以ARM为内核的MCU控制器，具备ADC,DAC，USART,
EEPROM，GPIO等丰富的外设功能。
通过GPIO去控制传感器的输出状态，ADC实现两个功能，采集过载电流及温度传感
器数据，USART作为数据通信接口，同时与GPIO复用，在通信模式与控制模式之间进行切换。
MCU具有内部FLASH模拟EEPROM的功能，可以将数据保存在EEPROM中，通过软件通信主要还
是修改EEPROM中的数据，实现传感器的不同功能。存放的数据如：常开常闭标志位，过载电
流标志位，线圈补偿数据，检测距离数据等。
线圈补偿数据的采集及怎样通过DAC设定距离，两个功能之间存在密切的联系。线
圈数据采集，实质是对比较器输入振荡信号幅度的采集，线圈随温度变化即后端振荡信号
发生变化，比较器比较的是振荡信号的下峰值与阀值的大小关系，触发比较器电平变换，通
过DAC输出0～5V的模拟电压以扫描的方式，每步进一次判断比较器的电平变化，直至检测
到电平变化，认为DAC当前值为振荡信号下峰值的数据。通过传感器全温度范围内多个温度
点的采样，描绘出线圈随温度的变化趋势，通过对数据的曲线拟合，进行线圈温度补偿。设
定距离同样类似的方法，当金属靠近线圈时，振荡波形发生变化，同样通过DAC扫描，得出波
形的当前值，即为当前距离的阀值信号。软件算法得出这个距离的变化量X，结合线圈温度
补偿的数据，不同的温度点，实时的调整阀值电压，及DAC输出电压，达到温度补偿及距离任
意设定的功能。
本发明可兼容1倍，2倍，3倍距离产品或是非标距离产品，功能切换可减少产品系
列种类的数量，降低因产品型号种类多带来的库存积压问题。解决产线生产调试工艺复杂、
效率低、报废率高等诸多问题。可根据客户特殊要求，最快的调整传感器状态，满足客户需
求。使多个传感器可以组成网络，判断各个传感器的基本信息，包括基本的故障信息，得到
传感器的过程数据或是事件数据等。