一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法
【专利摘要】本发明提供一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法，该方法是采用一定的阻抗测量电路同时获取探测线圈的等效电感和电阻，利用其电感和电阻随温度和被测量变化的关系，来消除温度变化的影响，提取出实际的被测量的变化信息。本发明由阻抗测量模块（4）和校正运算模块（5）组成的涡流传感器信号调理电路，实现了在获取被测量信息的同时，自动校正、消除了温度变化的影响。本发明进行温度漂移校正不增加额外的探头、线圈或温度传感器，温漂校正效果显著，而且具有适用范围广、结构简单、易于实现等诸多优点。采用本发明对单线圈的电涡流位移传感器探头进行温度漂移自动校正，其温漂系数一般可以从500nm/℃降低到了5nm/℃以下。
【专利说明】一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电涡流传感器领域，尤其涉及一种电涡流传感器温度漂移的自动校正方法。
【背景技术】
[0002]电涡流位移传感器是采用施加高频激励的感应线圈在目标导体中产生感应涡流，将探测线圈与被测目标之间的距离变化转换为感应线圈阻抗(包括电感和电阻)的变化，信号调理电路通过测量探测线圈参数的变化来获取位移信息。电涡流传感器非常广泛地应用于各种工业现场和实验研究的位移、振动、角度和速度，或者厚度、电阻率和温度测量。由于电涡流传感器自身的特点，它具有稳定性高，对环境污染不敏感，工作温度范围宽，频率响应宽，价格便宜等诸多优势。对于高分辨率的位移/振动测量来说，由于它价格低，受环境影响小，比电容式位移传感器更具优势。
[0003]然而由于探测线圈和目标导体的电阻率温度系数非常大，因此电涡流传感器的温度系数也非常大，这直接限制了其在一些精密位移测量场合的应用。因此对电涡流传感器的温度漂移进行校正或者补偿是非常重要的。
[0004]目前的主要补偿(校正)措施主要有:1、增加差动补偿线圈，这样的方法增加了探头的体积和复杂性，也不具备通用性，对不同的探测目标不能进行温度补偿，除了补偿线圈夕卜，还需要给差动线圈也安装合适的感应导体面。2、增加无感的相同电阻值的无感线圈来感应温度变化提供补偿，这种方法只能消除探测线圈电阻本身的温度变化引起的温度漂移，对电感的温度漂移，以及目标导体的电阻率的温度漂移引起的漂移不能够补偿掉。3.采用测温元件来测量温度，实现温度漂移的校正，这种方法虽然可行，然而由于传感器不同部件的温度不一致，需要很多测温元件，而且增加的测温元件增加了很多引线，不仅增加了电路系统的复杂程度，也使得探头等关键部件的引线数目增加了很多，降低了传感器的便携性。另外一方面，这种温度补偿方法不具备通用性。4、采用一些贵重金属制造的低电阻温漂合金材料绕制探测线圈，这种探头结构和普通探头一样，但价格昂贵。这一方法虽然降低了探测线圈本身的温度漂移，但也无法控制目标导体引起的温度漂移，不能够彻底消除探头-目标系统的温度漂移，这样的电涡流传感器仍然存在很大的温度漂移。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供了一种电涡流传感器的温度漂移的自动校正方法，消除探头和目标温度变化对精密位移/振动等被测量的影响，获得实际的测量物理量的信息。
[0006]本发明通过以下技术方案实现:
[0007]—种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法，该方法通过由探测目标、电涡流传感器探头、同轴电缆，阻抗测量模块和校正运算模块组成的系统实现，实现过程包含如下步骤:
[0008]步骤I)、选取一个通用的包含一个探测线圈的电涡流传感器探头，或者制作一个包含一个探测线圈的电涡流传感器探头；电涡流传感器探头通过同轴电缆连接到阻抗测量电路，阻抗测量电路的输出端连接到校正运算电路；
[0009]步骤2)、设计制作一个阻抗测量电路，能够测得探测线圈阻抗的两个独立参数:电阻R的信息和电感L的信息，阻抗测量电路测得的探测线圈的电阻R的信息和电感L的信息分别用电压值Ul和Ue来表不；
【权利要求】
1.一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法，该方法通过由探测目标(I)、电涡流传感器探头(2)、同轴电缆(3)，阻抗测量模块(4)和校正运算模块(5)组成的系统实现，其特征在于实现过程包含如下步骤: 步骤I)、选取一个通用的包含一个探测线圈的电涡流传感器探头(2)，或者制作一个包含一个探测线圈的电涡流传感器探头(2 );电涡流传感器探头(2 )通过同轴电缆(3 )连接到阻抗测量模块(4)，阻抗测量模块(4)的两路输出作为校正运算模块(5)的输入； 步骤2)、设计制作一个阻抗测量模块(4)，能够测得探测线圈(6)阻抗的两个独立参数:电阻R的信息和电感L的信息，阻抗测量电路(4)测得的感应线圈的电阻R的信息和电感L的信息分别用电压值Ur和Ul来表示； 步骤3)、利用现有的电涡流传感器温度系数测量系统和灵敏度测量系统，测得Ul和Ue与被测量X和温度T的关系方程如下: 步骤4)、解方程(I)得到被测量X和T与测得值Ul和Ur得关系表达式如下: 步骤5 )、设置校正运算模块(5 )的运算关系使其与表达式(2 )中的运算关系一致，则其输出Ux即代表校正后的被测量X，则测量结果不受温度变化的影响，同时还能够获得温度变化的信息。
2.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法，其特征在于，所述的阻抗测量电路(4)能够同时测得探测线圈(6)阻抗的两个独立参数，具体是利用电桥电路、差动放大器(15)和两路正交锁定放大器(16)构成的复数阻抗测量电路，可以同时测得探测线圈(6)阻抗的实部即电阻R和虚部即电感L，或是同时测得阻抗的幅值Z和相位A0
3.根据权利要求1所述的一种电涡流传感器的温度漂移自动校正方法，其特征在于，所述的校正运算模块(5)是由增益可调放大器(17)和加法器(18)构成的模拟运算电路，或是由数据采集(19)和具备复杂数字运算功能的微处理器(20)构成的数字运算电路。
4.根据权利要求1或2或3所述的电涡流传感器温度漂移自动校正方法，其特征在于，所述的电涡流传感器的探头为空心线圈探头，不包含磁芯。
5.根据权利要求1或2所述的电涡流传感器温度漂移自动校正方法，其特征在于，所述的电涡流传感器的被测目标材料为非铁磁性导电材料。
6.根据权利要求1或2所述的电涡流传感器温度自动漂移校正方法，其特征在于，该方法同时校正了探测线圈和目标导体的温度变化引起的漂移，且不需要任何温度测量元件。
7.根据权利要求1所述的电涡流传感器温度自动漂移校正方法，其特征在于，该方法还适用于具有一个被测量的涡流传感器。
8.根据权利要求7所述的电涡流传感器温度自动漂移校正方法，其特征在于，所述的涡流传感器为电涡流位移传感器，其被测量为位移或者振动X ;或为电涡流膜厚测量传感器，其被测量为导电膜厚度h;或为电涡流电阻率测量传感器，其被测量为金属材料的电阻率P O
9.根据权利要求1所述的电涡流传感器温度自动漂移校正方法，其特征在于，在量程较小，温度变化不大的情况下，电感L和电阻R与位移X和温度T的关系可以认为是线性的，可直接用线性关系式来描.述。
【文档编号】G01D18/00GK103471641SQ201310396067
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】冯志华, 王洪波, 刘永斌, 李伟, 陈建 申请人:中国科学技术大学