NE556双时基电路构成的非接触式电容传感器
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:513
王新辉
摘要:通过介绍ne556双时基集成电路构成的非接触式电容传感器电路的工作原理、安装方法、调试和防干扰措施及工作特点,使此技术应用到工业生产中的物体位置的检测和控制。由于该传感器使用了参考电容与工作电容,它们的结构相似,并且安装在相似位置,处于相同的工作环境,所以该传感器具有不怕灰尘、潮湿、高温等特点。调试后,不
需维护,具有工作可靠、抗干扰能力强、成本较低等特点,适合于工况较差的矿山、冶金等行业中。
关键词:电容;传感器;时基电路
0引言
在工业生产过程中,经常需要对物体的位置进行检测与控制,如自动生产线上的各种位置控制、行车的位置控制等,均离不开位置的检测。人们希望位置检测是非接触的,当被测物体是导体时,用电容检测位置是一种较好的非接触式检测方法。
1ne556构成的非接触式电容传感器的原理
1.1传感器的整体组成方框图
传感器的组成如图1所示。其中cx为工作电容器,是由两块金属板电极构成的平行板检测电容,将它安装在金属导体要通过的线路的某一位置上,由它感受接近它的金属导电物体,当有金属导体靠近它时,其电容量将会增大。cref为一参考电容器,它的结构完全与cx相同,但它不感受金属导体。
图1电容传感器方框图
本传感器的检测是将工作电容器cx与参考电容器cref的电容量分别转换为频率信号,再由计数器、比较器对两电容器的电容量差值进行比较来完成的。首先由ne556内部的两个555多谐振荡器将cx和cref的电容值转换成两路计数脉冲输出,然后这两路计数脉冲通过各自的计数器进行计数,由比较器比较两个计数值的大小。当工作电容器cx中有金属物体通过时,工作电容器的电容量增大,输出到计数器1的计数脉冲频率降低,计数器1的计数值较计数器2的小,使比较器输出为“1”的信号,推动相关电路动作,从而完成检测。
1.2ne556构成的检测探头
1.2.1电路图及工作过程ne556的内部有两个555时基电路,由于它们封装在一个芯片内,能获得较好的一致性。另ne556为双极型电路,其输出驱动能力大,输出电流可达到200ma,工作频率范围可达01001hz～500khz。如图2所示,ne556内部的两个555电路接成了间接反馈式无稳态自激多谐振荡器形式,两个振荡电路是对称的,即r11=r21,r12=r22,c11=c21,cx=cref,cx从其2、6脚接入第一个555电路,使其输出vo1的方波频率随cx的变化而变化。cref从ne556的8、12脚接入第二个555电路,使其也输出vo2的方波信号。当无导体接近cx,cx=cref,vo1与vo2输出的方波频率相等。经后面的计数器、比较器后,使检测输出信号为低电平“0”。当有导体接近cx时,cx>cref,vo1上输出的方波频率将低于vo2输出的方波频率,经计数器、比较器后,使检测输出信号为高电平“1”,从而获得位置检测信号,供位置控制电路进行位置控制之用。
图2ne556构成的检测探头电路
1.2.2电路工作波形图
图3所示为检测电路的工作波形图,在图中画出了有无金属导体接近cx的两种情况下的波形图。图中所述的计时周期是指控制比较器进行比较的时间周期,一般可根据555电路输出的方波频率、所用计数器的位数以及干扰的性质选择合适的计时周期,以克服现场干扰和保证计数器不产生溢出,一般可选为20ms(其目的是为了使工频干扰引起的计数值只能是“1”,可以通过去掉计数值的最低位来消除其干扰)。
图3探头输出波形图
检测探头工作时应保证vo1、vo2的初始相位一致,如图3所示。在电路中可以通过按下开关k来达到这一目的,k是控制ne556内两个555电路的强制复位端,当其按下时,两个555电路输出一定为低电平“0”。
2传感器的安装、调试及防扰措施
因为传感器使用的电容是平行金属板,在现场会引入工频干扰信号,因此安装时应尽量安装在工频干扰较低的地方。经试验可以将cx的两块金属板电极平行安装,同时在两金属板的外面用一个开口的金属盒接地屏蔽起来,只要留出能让金属物体从两金属板中间通过的距离,如图4所示。
图4cx的结构图
安装时cx的两个极板应与ne556的连线长度尽量短,且它们之间的连接导线要采用屏蔽措施。调试时,应调整每个555电路的外接电阻,使它们的输出方波波形的频率和占空比一致。传感器中的主要抗干扰措施:
①通过设定比较器在比较计数器的输出数值时,舍掉低位部分,只进行计数值的高位比较,通过这种措施也能够调整传
需维护,具有工作可靠、抗干扰能力强、成本较低等特点,适合于工况较差的矿山、冶金等行业中。
关键词:电容;传感器;时基电路
0引言
在工业生产过程中,经常需要对物体的位置进行检测与控制,如自动生产线上的各种位置控制、行车的位置控制等,均离不开位置的检测。人们希望位置检测是非接触的,当被测物体是导体时,用电容检测位置是一种较好的非接触式检测方法。
1ne556构成的非接触式电容传感器的原理
1.1传感器的整体组成方框图
传感器的组成如图1所示。其中cx为工作电容器,是由两块金属板电极构成的平行板检测电容,将它安装在金属导体要通过的线路的某一位置上,由它感受接近它的金属导电物体,当有金属导体靠近它时,其电容量将会增大。cref为一参考电容器,它的结构完全与cx相同,但它不感受金属导体。
图1电容传感器方框图
本传感器的检测是将工作电容器cx与参考电容器cref的电容量分别转换为频率信号,再由计数器、比较器对两电容器的电容量差值进行比较来完成的。首先由ne556内部的两个555多谐振荡器将cx和cref的电容值转换成两路计数脉冲输出,然后这两路计数脉冲通过各自的计数器进行计数,由比较器比较两个计数值的大小。当工作电容器cx中有金属物体通过时,工作电容器的电容量增大,输出到计数器1的计数脉冲频率降低,计数器1的计数值较计数器2的小,使比较器输出为“1”的信号,推动相关电路动作,从而完成检测。
1.2ne556构成的检测探头
1.2.1电路图及工作过程ne556的内部有两个555时基电路,由于它们封装在一个芯片内,能获得较好的一致性。另ne556为双极型电路,其输出驱动能力大,输出电流可达到200ma,工作频率范围可达01001hz～500khz。如图2所示,ne556内部的两个555电路接成了间接反馈式无稳态自激多谐振荡器形式,两个振荡电路是对称的,即r11=r21,r12=r22,c11=c21,cx=cref,cx从其2、6脚接入第一个555电路,使其输出vo1的方波频率随cx的变化而变化。cref从ne556的8、12脚接入第二个555电路,使其也输出vo2的方波信号。当无导体接近cx,cx=cref,vo1与vo2输出的方波频率相等。经后面的计数器、比较器后,使检测输出信号为低电平“0”。当有导体接近cx时,cx>cref,vo1上输出的方波频率将低于vo2输出的方波频率,经计数器、比较器后,使检测输出信号为高电平“1”,从而获得位置检测信号,供位置控制电路进行位置控制之用。
图2ne556构成的检测探头电路
1.2.2电路工作波形图
图3所示为检测电路的工作波形图,在图中画出了有无金属导体接近cx的两种情况下的波形图。图中所述的计时周期是指控制比较器进行比较的时间周期,一般可根据555电路输出的方波频率、所用计数器的位数以及干扰的性质选择合适的计时周期,以克服现场干扰和保证计数器不产生溢出,一般可选为20ms(其目的是为了使工频干扰引起的计数值只能是“1”,可以通过去掉计数值的最低位来消除其干扰)。
图3探头输出波形图
检测探头工作时应保证vo1、vo2的初始相位一致,如图3所示。在电路中可以通过按下开关k来达到这一目的,k是控制ne556内两个555电路的强制复位端,当其按下时,两个555电路输出一定为低电平“0”。
2传感器的安装、调试及防扰措施
因为传感器使用的电容是平行金属板,在现场会引入工频干扰信号,因此安装时应尽量安装在工频干扰较低的地方。经试验可以将cx的两块金属板电极平行安装,同时在两金属板的外面用一个开口的金属盒接地屏蔽起来,只要留出能让金属物体从两金属板中间通过的距离,如图4所示。
图4cx的结构图
安装时cx的两个极板应与ne556的连线长度尽量短,且它们之间的连接导线要采用屏蔽措施。调试时,应调整每个555电路的外接电阻,使它们的输出方波波形的频率和占空比一致。传感器中的主要抗干扰措施:
①通过设定比较器在比较计数器的输出数值时,舍掉低位部分,只进行计数值的高位比较,通过这种措施也能够调整传
王新辉
摘要:通过介绍ne556双时基集成电路构成的非接触式电容传感器电路的工作原理、安装方法、调试和防干扰措施及工作特点,使此技术应用到工业生产中的物体位置的检测和控制。由于该传感器使用了参考电容与工作电容,它们的结构相似,并且安装在相似位置,处于相同的工作环境,所以该传感器具有不怕灰尘、潮湿、高温等特点。调试后,不
需维护,具有工作可靠、抗干扰能力强、成本较低等特点,适合于工况较差的矿山、冶金等行业中。
关键词:电容;传感器;时基电路
0引言
在工业生产过程中,经常需要对物体的位置进行检测与控制,如自动生产线上的各种位置控制、行车的位置控制等,均离不开位置的检测。人们希望位置检测是非接触的,当被测物体是导体时,用电容检测位置是一种较好的非接触式检测方法。
1ne556构成的非接触式电容传感器的原理
1.1传感器的整体组成方框图
传感器的组成如图1所示。其中cx为工作电容器,是由两块金属板电极构成的平行板检测电容,将它安装在金属导体要通过的线路的某一位置上,由它感受接近它的金属导电物体,当有金属导体靠近它时,其电容量将会增大。cref为一参考电容器,它的结构完全与cx相同,但它不感受金属导体。
图1电容传感器方框图
本传感器的检测是将工作电容器cx与参考电容器cref的电容量分别转换为频率信号,再由计数器、比较器对两电容器的电容量差值进行比较来完成的。首先由ne556内部的两个555多谐振荡器将cx和cref的电容值转换成两路计数脉冲输出,然后这两路计数脉冲通过各自的计数器进行计数,由比较器比较两个计数值的大小。当工作电容器cx中有金属物体通过时,工作电容器的电容量增大,输出到计数器1的计数脉冲频率降低,计数器1的计数值较计数器2的小,使比较器输出为“1”的信号,推动相关电路动作,从而完成检测。
1.2ne556构成的检测探头
1.2.1电路图及工作过程ne556的内部有两个555时基电路,由于它们封装在一个芯片内,能获得较好的一致性。另ne556为双极型电路,其输出驱动能力大,输出电流可达到200ma,工作频率范围可达01001hz～500khz。如图2所示,ne556内部的两个555电路接成了间接反馈式无稳态自激多谐振荡器形式,两个振荡电路是对称的,即r11=r21,r12=r22,c11=c21,cx=cref,cx从其2、6脚接入第一个555电路,使其输出vo1的方波频率随cx的变化而变化。cref从ne556的8、12脚接入第二个555电路,使其也输出vo2的方波信号。当无导体接近cx,cx=cref,vo1与vo2输出的方波频率相等。经后面的计数器、比较器后,使检测输出信号为低电平“0”。当有导体接近cx时,cx>cref,vo1上输出的方波频率将低于vo2输出的方波频率,经计数器、比较器后,使检测输出信号为高电平“1”,从而获得位置检测信号,供位置控制电路进行位置控制之用。
图2ne556构成的检测探头电路
1.2.2电路工作波形图
图3所示为检测电路的工作波形图,在图中画出了有无金属导体接近cx的两种情况下的波形图。图中所述的计时周期是指控制比较器进行比较的时间周期,一般可根据555电路输出的方波频率、所用计数器的位数以及干扰的性质选择合适的计时周期,以克服现场干扰和保证计数器不产生溢出,一般可选为20ms(其目的是为了使工频干扰引起的计数值只能是“1”,可以通过去掉计数值的最低位来消除其干扰)。
图3探头输出波形图
检测探头工作时应保证vo1、vo2的初始相位一致,如图3所示。在电路中可以通过按下开关k来达到这一目的,k是控制ne556内两个555电路的强制复位端,当其按下时,两个555电路输出一定为低电平“0”。
2传感器的安装、调试及防扰措施
因为传感器使用的电容是平行金属板,在现场会引入工频干扰信号,因此安装时应尽量安装在工频干扰较低的地方。经试验可以将cx的两块金属板电极平行安装,同时在两金属板的外面用一个开口的金属盒接地屏蔽起来,只要留出能让金属物体从两金属板中间通过的距离,如图4所示。
图4cx的结构图
安装时cx的两个极板应与ne556的连线长度尽量短,且它们之间的连接导线要采用屏蔽措施。调试时,应调整每个555电路的外接电阻,使它们的输出方波波形的频率和占空比一致。传感器中的主要抗干扰措施:
①通过设定比较器在比较计数器的输出数值时,舍掉低位部分,只进行计数值的高位比较,通过这种措施也能够调整传
需维护,具有工作可靠、抗干扰能力强、成本较低等特点,适合于工况较差的矿山、冶金等行业中。
关键词:电容;传感器;时基电路
0引言
在工业生产过程中,经常需要对物体的位置进行检测与控制,如自动生产线上的各种位置控制、行车的位置控制等,均离不开位置的检测。人们希望位置检测是非接触的,当被测物体是导体时,用电容检测位置是一种较好的非接触式检测方法。
1ne556构成的非接触式电容传感器的原理
1.1传感器的整体组成方框图
传感器的组成如图1所示。其中cx为工作电容器,是由两块金属板电极构成的平行板检测电容,将它安装在金属导体要通过的线路的某一位置上,由它感受接近它的金属导电物体,当有金属导体靠近它时,其电容量将会增大。cref为一参考电容器,它的结构完全与cx相同,但它不感受金属导体。
图1电容传感器方框图
本传感器的检测是将工作电容器cx与参考电容器cref的电容量分别转换为频率信号,再由计数器、比较器对两电容器的电容量差值进行比较来完成的。首先由ne556内部的两个555多谐振荡器将cx和cref的电容值转换成两路计数脉冲输出,然后这两路计数脉冲通过各自的计数器进行计数,由比较器比较两个计数值的大小。当工作电容器cx中有金属物体通过时,工作电容器的电容量增大,输出到计数器1的计数脉冲频率降低,计数器1的计数值较计数器2的小,使比较器输出为“1”的信号,推动相关电路动作,从而完成检测。
1.2ne556构成的检测探头
1.2.1电路图及工作过程ne556的内部有两个555时基电路,由于它们封装在一个芯片内,能获得较好的一致性。另ne556为双极型电路,其输出驱动能力大,输出电流可达到200ma,工作频率范围可达01001hz～500khz。如图2所示,ne556内部的两个555电路接成了间接反馈式无稳态自激多谐振荡器形式,两个振荡电路是对称的,即r11=r21,r12=r22,c11=c21,cx=cref,cx从其2、6脚接入第一个555电路,使其输出vo1的方波频率随cx的变化而变化。cref从ne556的8、12脚接入第二个555电路,使其也输出vo2的方波信号。当无导体接近cx,cx=cref,vo1与vo2输出的方波频率相等。经后面的计数器、比较器后,使检测输出信号为低电平“0”。当有导体接近cx时,cx>cref,vo1上输出的方波频率将低于vo2输出的方波频率,经计数器、比较器后,使检测输出信号为高电平“1”,从而获得位置检测信号,供位置控制电路进行位置控制之用。
图2ne556构成的检测探头电路
1.2.2电路工作波形图
图3所示为检测电路的工作波形图,在图中画出了有无金属导体接近cx的两种情况下的波形图。图中所述的计时周期是指控制比较器进行比较的时间周期,一般可根据555电路输出的方波频率、所用计数器的位数以及干扰的性质选择合适的计时周期,以克服现场干扰和保证计数器不产生溢出,一般可选为20ms(其目的是为了使工频干扰引起的计数值只能是“1”,可以通过去掉计数值的最低位来消除其干扰)。
图3探头输出波形图
检测探头工作时应保证vo1、vo2的初始相位一致,如图3所示。在电路中可以通过按下开关k来达到这一目的,k是控制ne556内两个555电路的强制复位端,当其按下时,两个555电路输出一定为低电平“0”。
2传感器的安装、调试及防扰措施
因为传感器使用的电容是平行金属板,在现场会引入工频干扰信号,因此安装时应尽量安装在工频干扰较低的地方。经试验可以将cx的两块金属板电极平行安装,同时在两金属板的外面用一个开口的金属盒接地屏蔽起来,只要留出能让金属物体从两金属板中间通过的距离,如图4所示。
图4cx的结构图
安装时cx的两个极板应与ne556的连线长度尽量短,且它们之间的连接导线要采用屏蔽措施。调试时,应调整每个555电路的外接电阻,使它们的输出方波波形的频率和占空比一致。传感器中的主要抗干扰措施:
①通过设定比较器在比较计数器的输出数值时,舍掉低位部分,只进行计数值的高位比较,通过这种措施也能够调整传
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