作者 / 刘志昌
珠海格力电器股份有限公司(广东 珠海 519070)
刘志昌(1987-)，男，助理工程师，研讨方向：磁悬浮用电涡流位移传感器
结构规划与探头安置计划规划、传感器前置器信号处理。
摘要：电涡流传感器由探头、前置器以及信号传输线缆三部分组成，前置器中高频振动电压经过延伸电缆流入探头线圈，对前置器部分的高频小信号处理，根本上都选用全模仿电路或许结合软件校对电路规划，该前置器选用模仿电路对高频信号进行处理，可经过实时调整电路可调电阻参数，完成传感器输出电压信号的调度，特别是对传感器输出量程与电压零点的调度，该办法可以即满意数字电路软件校对调度功用，又满意模仿电路成本低的要求，该办法可完成电涡流位移传感器探头不同电感参数与线性量程调度。
导言
电涡流位移传感器由探头、延伸电缆、前置器构成，本文供给了一种电涡流位移传感器前置器信号处理改进计划，经过实时调整前置器电路中的电阻参数，可以有用调度传感器输出量程与输出电压巨细，可以既满意数字软件校对电路调度，又满意模仿电路成本低的要求。
该前置器的信号调度电路包含高频正弦波发生电路、滤波、检波、扩大以及限幅电路等电路，其间电压跟从电路可以调度输出电压零点位移，到达对输出信号电压进行实时调度的效果;别的，该信号调度电路还在原有根本的反相器电路中添加一个扩大器模块和一个可调电阻，对输出的线性量程与输出电压规模可变的电压信号进行调度，输出需求符合要求的位移-电压信号。
1 电涡流位移传感器原理
依据法拉第电磁感应定律可知，当电涡流位移传感器探头线圈通以正弦高频交变电流i1时，传感器线圈必定发生正弦交变的电磁场H1，该交变磁场使置于此磁场中的被测金属导体外表发生感应电涡流，如图1中所示。一起，被测物体中的电涡流i2又发生交变电磁场H2;磁场H2与H1方向相反，并对电磁场H1起到遏止与削弱效果，然后导致探头检测线圈的等效电阻值相应地改动。其改动巨细取决于被测金属导体中电阻率ρ值，磁导率μ，探头线圈与被测导体的间隔为x，以及探头线圈鼓励电流频率f等参数数值。假如只改动其间一个参数数值，而其他参数数值坚持不变，则阻抗Z参数就成为该改动参数的单值函数，然后确认其该参数数值的巨细改动状况。
电涡流位移传感器的作业原理，如图1所示。
2 电涡流传感器全体规划计划
电涡流位移传感器可以非触摸、高线性度、高分辨力地而且可静态和动态地丈量被测金属物体与传感器探头外表的间隔。它是一种非触摸的线性化丈量仪器。电涡流位移传感器可以精确地丈量被测金属导体与传感器探头端面之间的相对位移改动。依据图2的组成框图，构成电涡流位移传感器全体结构。
对组成的框图(图2)，详细阐明每个组成部分结构：
(1)灵敏元件：电涡流位移传感器探头线圈是经过与被测导体之间的涡流场相互效果，然后探头部分发生了被测信号，该探头是由多股漆包线绕制的成扁平形状的线圈，并固定在线圈支架上。
(2)传感元件: 传感器前置器是由一个可以屏蔽外界搅扰高频电路信号的金属密封盒构成，传感器信号处理电路装在该密封盒子中，并用环氧树脂资料进行灌封密封。
(3)丈量电路：该电路可选用扩大器电路、三极管及其外围电路来发生高频振动信号。考虑到当选用运算扩大器电路和三极管电路构成的正弦波高频振动电路，有许多的模仿电路参数需求处理。
3 信号处理电路
信号处理电路选用如图3所示的LC谐振电路处理传感器探头反应的高频振动信号，该前置器电路由一个频率及幅值电压可调的振动电路来供给一个高频鼓励谐振回路信号。LC谐振回路的输出幅值电压为 ，其间i0为电路中的鼓励电流，Z为电路的等效阻抗。当传感器丈量时，传感器探头线圈远离被测物时，LC谐振回路处于谐振状况，谐振回路上的输出鼓励电压幅值最大;当传感器探头线圈接近于被测物时，探头线圈中的等效电感L发生改动，然后导致谐振回路失谐，等效阻抗值发生改动，使输出信号电压幅值下降。输出的电压信号经过检波电路、扩大电路、滤波电路处理后，输出与位移相对应的电压信号。然后完成了将传感器中的L-x之间联系转化成了V-x之间联系，经过对输出信号电压数值的丈量，可确认电涡流传感器探头端面与被测金属导体之间的非触摸间隔x。如，将电涡流位移传感器探头检丈量程规划为0~2mm，在该量程规模内，LC跟着L与被测物位移量改动而幅值相应的改动，经过检波、扩大、滤波后，位移传感器输出电压信号为0~5V，完成传感器前置器高频信号处理与信号调度。电涡流传感器便是使用涡流效应，将非电量转化为阻抗的改动而进行丈量的。
4 前置器电路改进计划
图4所示电路为前置器信号处理过程中的电压跟从电路，该电路可以对其输出的电压信号进行调度，完成线性量程调度与电压信号输出调度;经过调度不同改动的鼓励信号，可以输出相对应的电压反应信号，经过调度输出零点电压与不同规模电压值，然后调整输出线性量程规模;该电路由两个运算扩大器组成，电位器R52与扩大器U2B组成电压跟从电路，输出可变电压，经过调度R52电位器数值巨细，可调度输出电压零点位移;电位器R31与扩大器U2C组成反相器电路，经过调度R31电位器数值与U2B扩大器输出巨细调度，经过运算扩大器U2C比较后，输出可调度的线性量程与输出电压规模可变的电压信号，经过两组电位器巨细调度，完成对线性量程与输出电压规模可调功用。
图4中信号调度电路放在图3的滤波器信号输出方位，信号调度电路输入滤波后电压信号，经过信号调度电路中两个电位器参数调度，完成电涡流位移传感器可变线性量程与输出电压规模的功用，该前置器信号调度电路满意探头电感参数L从10μH到70μH规模内进行调度，输出满意要求的线性量程位移改动量，该信号调度电路计划与调试办法简略、成本低，使用者仅需求对前置器两个电位器参数进行调度即可。
5 定论
当电涡流位移传感器前置器合作不同电感参数的探头，对前置器进行调试与校准后，传感器线性量程输出的位移信号可以调度，经过实践丈量，探头电感参数从10μH~70μH改动规模内，均可经过该规划计划的前置器进行信号处理，输出所要求的线性量程与电压信号。
本文规划的前置器电路可以经过实时调整其电路电阻参数，可以有用调度传感器输出量程与输出电压巨细，可以即满意数字软件校对电路调度，又满意模仿电路成本低的要求，可对电涡流位移传感器探头不同电感参数与线性量程。
电涡流位移传感器前置器电路信号处理电路的改进，可以简化电涡流位移传感器电路调度的难度，对传感器静态校准与位移调零具有显着改进。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第1期第69页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
