本發(fā)明涉及一種探測(cè)石膏板下面介質(zhì)的電路及方法。
背景技術(shù)：
介質(zhì)探測(cè)器，作為一種產(chǎn)品，早已經(jīng)上市很多年。其核心部件是由平行板電容器（參考美國(guó)期滿專利：US4099118）構(gòu)成的探測(cè)傳感器。當(dāng)平行板電容器之間的電介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，平行板電容器的容值會(huì)發(fā)生變化，可以根據(jù)這個(gè)變化可以判斷介質(zhì)的存在情況?，F(xiàn)有技術(shù)方法都是采用頻率固定的探測(cè)信號(hào)施加到傳感器上。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種探測(cè)石膏板下面介質(zhì)的電路及方法。
本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種探測(cè)石膏板下面介質(zhì)的電路，其包括MCU、傳感器、電位器、第一電阻、第二電阻、第一波形整形電路、第二波形整形電路、第一相位差電路、第二相位差電路、第一倒相電路、第二倒相電路、第一RC濾波電路、第二RC濾波電路、第一差分運(yùn)放電路、第二差分運(yùn)放電路、第一二階RC濾波電路、第二二階RC濾波電路、第一差分運(yùn)放電路、第二差分運(yùn)放電路、第一緩沖電路及第二緩沖電路； 所述傳感器由一組PCB銅箔構(gòu)成，即由兩片形狀相同的銅箔構(gòu)成，將兩片稱為左右極板；所述MCU提供一頻率固定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK接所述電位器的可調(diào)端；電位器的一端經(jīng)第一電阻連接至左極板形成第一RC充放電路，電位器的另一端經(jīng)第二電阻連接至右極板形成第二RC充放電路；第一RC充放電路接第一波形整形電路后輸出第一方波信號(hào)；第二RC充放電路接第二波形整形電路后輸出第二方波信號(hào)；第一方波信號(hào)接第一波形比較電路的一輸入，第一波形比較電路的另一輸入接驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，第一波形比較電路輸出接第一相位差信號(hào)；第二方波信號(hào)接第二波形比較電路的一輸入，第二波形比較電路的另二輸入接驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，第二波形比較電路輸出接第二相位差信號(hào)；第一相位差信號(hào)經(jīng)第一倒相電路接第一RC濾波電路再接入第一差分運(yùn)放電路的一輸入；第二相位差信號(hào)經(jīng)第二倒相電路接第二RC濾波電路再接入第二差分運(yùn)放電路的一輸入；所述MCU輸出第一PWM參考比較信號(hào)CAL_WD1、第二PWM參考比較信號(hào)CAL_WD2；CAL_WD1接第一二階RC濾波電路，濾波后的信號(hào)經(jīng)第一緩沖電路接入第一差分運(yùn)放電路的另一輸入；第一差分運(yùn)放電路的輸出經(jīng)第一差分運(yùn)放電路差分運(yùn)放輸出WD1，WD1接MCU的一采樣端；CAL_WD2第二二階RC濾波電路，濾波后的信號(hào)經(jīng)第二緩沖電路接入第二差分運(yùn)放電路的另一輸入；第二差分運(yùn)放電路的輸出經(jīng)第二差分運(yùn)放電路差分運(yùn)放輸出WD2，WD2接MCU的另一采樣端，其中第一電阻及第二電阻具有相同阻值。
一種探測(cè)石膏板下面介質(zhì)的方法，其包括以下步驟：S01：提供一傳感器，該傳感器由一組PCB銅箔構(gòu)成，即由兩片形狀相同的銅箔構(gòu)成，將其定義為左、右極板；S02：所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK接一電位器的可調(diào)端；電位器的一端經(jīng)第一電阻連接至左極板輸出第一RC充放電信號(hào)，電位器的另一端經(jīng)第二電阻連接至右極板輸出第二RC充放電信號(hào)；第一電阻及第二電阻具有相同阻值；S03：提供兩個(gè)波形整形電路，用于把S02中所產(chǎn)生的兩組RC充放電信號(hào)整形成兩組方波信號(hào)；S04：提供兩個(gè)波形比較電路，用于把S03步驟中輸出的兩組方波信號(hào)分別與S02中的CLK信號(hào)進(jìn)行邏輯與操作，用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩組相位差信號(hào)的產(chǎn)生；S05:提供兩個(gè)倒相電路，用于把S04產(chǎn)生的兩組相位差信號(hào)進(jìn)行倒相操作；S06:提供兩個(gè)RC 濾波電路，對(duì)S05 產(chǎn)生的兩組信號(hào)進(jìn)行濾波和整形，使之成為直流信號(hào)；S07:對(duì)S06產(chǎn)生的兩組直流信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)倍數(shù)的放大和輸出阻抗的轉(zhuǎn)換；S08:提供兩路PWM參考比較信號(hào)CAL_WD1,CAL_WD2，兩路PWM信號(hào)的占空比由所述MCU控制；S09:提供兩路二階RC 濾波電路及兩路運(yùn)放緩沖電路；二階RC濾波電路用于將CAL_WD1,CAL_WD2的兩路PWM信號(hào)整流成直流信號(hào)；兩路運(yùn)放緩沖電路用于將CAL_WD1,CAL_WD2整流后的直流信號(hào)進(jìn)行阻抗變換；S10:提供兩組差分信號(hào)放大電路，用于S09輸出的信號(hào)分別與S07輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)差運(yùn)算，然后再對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大得到兩組差分放大電路；S11:用MCU 采樣S10輸出的兩組差分放大信號(hào)，對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行分析，如果一開(kāi)始WD1>WD2, 當(dāng)檢測(cè)到WD2 < WD1時(shí)，則認(rèn)為檢測(cè)到中心；如果一開(kāi)始WD2>WD1, 當(dāng)檢測(cè)到WD1 < WD2時(shí)，則認(rèn)為檢測(cè)到中心。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供探測(cè)中心的電路具有較強(qiáng)的拓展性，且電路更簡(jiǎn)潔方便于大批量生產(chǎn)；本發(fā)明提供的探測(cè)方法，具有簡(jiǎn)潔，穩(wěn)定，抗干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1位本發(fā)明一實(shí)施例的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步解釋說(shuō)明。
本發(fā)明提供一種探測(cè)石膏板下面介質(zhì)的電路，其包括MCU、傳感器、電位器、第一電阻、第二電阻、第一波形整形電路、第二波形整形電路、第一相位差電路、第二相位差電路、第一倒相電路、第二倒相電路、第一RC濾波電路、第二RC濾波電路、第一差分運(yùn)放電路、第二差分運(yùn)放電路、第一二階RC濾波電路、第二二階RC濾波電路、第一差分運(yùn)放電路、第二差分運(yùn)放電路、第一緩沖電路及第二緩沖電路； 所述傳感器由一組PCB銅箔構(gòu)成，即由兩片形狀相同的銅箔構(gòu)成，將兩片稱為左右極板；所述MCU提供一頻率固定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK接所述電位器的可調(diào)端；電位器的一端經(jīng)第一電阻連接至左極板形成第一RC充放電路，電位器的另一端經(jīng)第二電阻連接至右極板形成第二RC充放電路；第一RC充放電路接第一波形整形電路后輸出第一方波信號(hào)；第二RC充放電路接第二波形整形電路后輸出第二方波信號(hào)；第一方波信號(hào)接第一波形比較電路的一輸入，第一波形比較電路的另一輸入接驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，第一波形比較電路輸出接第一相位差信號(hào)；第二方波信號(hào)接第二波形比較電路的一輸入，第二波形比較電路的另二輸入接驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，第二波形比較電路輸出接第二相位差信號(hào)；第一相位差信號(hào)經(jīng)第一倒相電路接第一RC濾波電路再接入第一差分運(yùn)放電路的一輸入；第二相位差信號(hào)經(jīng)第二倒相電路接第二RC濾波電路再接入第二差分運(yùn)放電路的一輸入；所述MCU輸出第一PWM參考比較信號(hào)CAL_WD1、第二PWM參考比較信號(hào)CAL_WD2；CAL_WD1接第一二階RC濾波電路，濾波后的信號(hào)經(jīng)第一緩沖電路接入第一差分運(yùn)放電路的另一輸入；第一差分運(yùn)放電路的輸出經(jīng)第一差分運(yùn)放電路差分運(yùn)放輸出WD1，WD1接MCU的一采樣端；CAL_WD2第二二階RC濾波電路，濾波后的信號(hào)經(jīng)第二緩沖電路接入第二差分運(yùn)放電路的另一輸入；第二差分運(yùn)放電路的輸出經(jīng)第二差分運(yùn)放電路差分運(yùn)放輸出WD2，WD2接MCU的另一采樣端，其中第一電阻及第二電阻具有相同阻值。
本發(fā)明一實(shí)施例的電路原理圖參見(jiàn)圖1。
所述第一波形整形電路、第二波形整形電路均為一與非門(mén)。所述第一相位差電路、第二相位差電路均為一與非門(mén)電路。較佳實(shí)施例中采用高速CMOS四二輸入與非門(mén)74HC132。
所述第一倒相電路、第二倒相電路均包括第一至第四二極管、一電阻及一電容；其中第一二極管陽(yáng)極接第一波形整形電路或第二波形整形電路輸出；第一二極管陰極分別接所述電容一端、所述電阻一端；電容另一端分別接第二二極管陽(yáng)極、第四二極管陰極；第二二極管陰極接第一RC濾波電路一端或第二RC濾波電路一端；電阻另一端接第三二極管陽(yáng)極；第三二極管陰極接接第四二極管陽(yáng)極；第四二極管陽(yáng)極接第一RC濾波電路另一端或第二RC濾波電路另一端。較佳實(shí)施例中采用1N4148二極管。
較佳實(shí)施例中差分運(yùn)放電路采用TL064實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，還包括與所述MCU連接的外圍設(shè)備，所述外圍設(shè)備包括鍵盤(pán)、顯示裝置及電源。
本發(fā)明涉及一種探測(cè)不同深度介質(zhì)的方法。該方法：首先，提供一傳感器，該傳感器由一組PCB銅箔構(gòu)成，即由兩片形狀完全一樣的PCB銅箔構(gòu)成左右極板。其次，提供一探測(cè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK，施加至所述左右極板上。使得左右極板與大地之間形成電磁場(chǎng)；再而，提供一波形整形以及相位差產(chǎn)生電路，使得每個(gè)極板可以產(chǎn)生相對(duì)于自身驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位差。然后又提供一個(gè)倒相電路，實(shí)現(xiàn)波形倒置，以利于對(duì)微小的信號(hào)進(jìn)行濾波和放大。MCU通過(guò)采樣兩個(gè)極板的直流電壓信號(hào)。如果左極板信號(hào)強(qiáng)度大于右極板，則一起左移動(dòng)，可以由此在顯示器上顯示出移動(dòng)方向。反之，向右移動(dòng)。理論上，當(dāng)儀器到達(dá)介質(zhì)的中心時(shí)，左右極板的信號(hào)應(yīng)該相等。但是這個(gè)狀態(tài)不是非常穩(wěn)定，如果采用這個(gè)方法，將會(huì)使得中心號(hào)不穩(wěn)定。因此本發(fā)明采取判斷信號(hào)反轉(zhuǎn)時(shí)刻和判斷兩路信號(hào)差的絕對(duì)值的方法，判斷中心信號(hào)是否真來(lái)到。如果兩路信號(hào)強(qiáng)度突然增強(qiáng)到大于系統(tǒng)的閥值。此時(shí)MCU會(huì)不停的計(jì)算左右極板信號(hào)的差值的絕對(duì)值和不停的判斷移動(dòng)方向是否改變。如果某個(gè)時(shí)刻，移動(dòng)方向突然改變，則此時(shí)可以認(rèn)為找到中心，需要立即將中心信息顯示出來(lái)。如果差值的絕對(duì)值突然小于設(shè)計(jì)值，則可以大概判斷此時(shí)儀器就在中心附近，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以在顯示器上更新中心顯示信息。
這里遇到一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)我們采用同一靈敏度進(jìn)行不同厚度物質(zhì)探測(cè)時(shí)，如果被測(cè)表面比較薄，那么此時(shí)大靈敏度會(huì)造成誤差指標(biāo)偏大，并且測(cè)試過(guò)程中，因?yàn)殪`敏度過(guò)高，系統(tǒng)的抗干擾能力會(huì)變差。此時(shí)如果想得到好的測(cè)試效果，必須盡可能降低硬件靈敏度。由以上描述可知，我們可以通過(guò)不同的PWM占空比實(shí)現(xiàn)不同的靈敏度。方法就簡(jiǎn)單，可靠，并且可以避免線性放大器的一些弊端。實(shí)際操作過(guò)程效果更好一點(diǎn)。
具體包括以下步驟:
S01：提供一傳感器，該傳感器由一組PCB銅箔構(gòu)成，即由兩片形狀相同的銅箔構(gòu)成，將其定義為左、右極板；
S02：所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)ClK接一電位器的可調(diào)端；電位器的一端經(jīng)第一電阻連接至左極板輸出第一RC充放電信號(hào)，電位器的另一端經(jīng)第二電阻連接至右極板輸出第二RC充放電信號(hào)；第一電阻及第二電阻具有相同阻值；
S03：提供兩個(gè)波形整形電路，用于把S02中所產(chǎn)生的兩組RC充放電信號(hào)整形成兩組方波信號(hào)；
S04：提供兩個(gè)波形比較電路，用于把S03步驟中輸出的兩組方波信號(hào)分別與S02中的CLK信號(hào)進(jìn)行邏輯與操作，用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩組相位差信號(hào)的產(chǎn)生；
S05:提供兩個(gè)倒相電路，用于把S04產(chǎn)生的兩組相位差信號(hào)進(jìn)行倒相操作；
S06:提供兩個(gè)RC 濾波電路，對(duì)S05 產(chǎn)生的兩組信號(hào)進(jìn)行濾波和整形，使之成為直流信號(hào)；
S07:對(duì)S06產(chǎn)生的兩組直流信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)倍數(shù)的放大和輸出阻抗的轉(zhuǎn)換；
S08:提供兩路PWM參考比較信號(hào)CAL_WD1,CAL_WD2，兩路PWM信號(hào)的占空比由所述MCU控制；
S09:提供兩路二階RC 濾波電路及兩路運(yùn)放緩沖電路；二階RC濾波電路用于將CAL_WD1,CAL_WD2的兩路PWM信號(hào)整流成直流信號(hào)；兩路運(yùn)放緩沖電路用于將CAL_WD1,CAL_WD2整流后的直流信號(hào)進(jìn)行阻抗變換；
S10:提供兩組差分信號(hào)放大電路，用于S09輸出的信號(hào)分別與S07輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)差運(yùn)算，然后再對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大得到兩組差分放大電路；
S11:用MCU 采樣S10輸出的兩組差分放大信號(hào)，對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行分析，如果一開(kāi)始WD1>WD2, 當(dāng)檢測(cè)到WD2 < WD1時(shí)，則認(rèn)為檢測(cè)到中心；如果一開(kāi)始WD2>WD1, 當(dāng)檢測(cè)到WD1 < WD2時(shí)，則認(rèn)為檢測(cè)到中心。
當(dāng)探測(cè)厚度比較薄時(shí)，需要降低探測(cè)靈敏度，以降低電路的靈敏度，實(shí)現(xiàn)更好的抗干擾性能和探測(cè)精度，此時(shí)參考信號(hào)電平需要高一點(diǎn)，PWM占空比需要大一些。當(dāng)探測(cè)厚度比較厚時(shí)，此時(shí)需要提高系統(tǒng)靈敏度，PWM占空比需要小一些。此時(shí)系統(tǒng)靈敏度會(huì)更好。
以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。