本发明属于新型位移传感器，具体涉及基于labview和gmr巨磁阻传感器的电涡流位移传感器。
背景技术：
随着我国电力、化工、机械工业和有关科学技术的发展，急需对一些被测对象进行不接触的位移和振动的测量。这种测量装置对大型汽轮发电机、压缩机及其它机械的振动的研究及安全运行具有越来越重要的意义。应用感应电涡流原理非接触测量位移、因其线性度比较好，不受非导电介质的影响等优点近期得到了广泛的应用。
电涡流传感器是以电涡流的相互效应为原理的非接触式装置，可对进入其测量范围内的金属物体及铁磁性材料的运动参数进行精密地有效地非接触测量。电涡流位移传感器长期在恶劣环境中工作可靠性好、稳定度高、回程误差小、分辨率高、抗电磁干扰力强、不受油液污染等介质的影响等优点，故在一些大型的旋转机械、在线监测机械与故障诊断中得到了广泛应用。
虽然电涡流位移传感器的用途非常广泛，但是要想充分发挥它的优势，就要想办法解决传感器线圈的利用率，提高抗干扰能力。使用性能较高的电路元器件，采用更多功能的智能化集成芯片来提高测试系统的稳定性和可靠性，在电涡流传感器的技术水平已经比较成熟的今天，如果仅利用研究传感器的探头来提高测试系统的精度，将使成本大大增加，而如果在测量电路上进行合理改进，并与传感器探头进行匹配，能有效降低成本。
电涡流位移传感器测量位移主要通过电涡流反馈的磁场大小的变化来反映出位移大小的变化。因此作为接受反馈磁场的探头直接影响着测量位移的精确度，如果用线圈来作为接收反馈磁场的探头，就会受到很多干扰因素。这时需要用灵敏度高的磁敏传感器来代替线圈，并且抗干扰性要强。gmr巨磁阻传感器是基于巨磁阻效应研制的，巨磁阻效应是指磁性复合材料的电阻率随外界磁场的变化而产生巨大变化的效应。gmr巨磁阻传感器与其他磁敏传感器相逼，在抗干扰能力、灵敏度、线性度、成本等方面有巨大的优势，应用非常广泛。为了提高检测的灵敏度，用含铁芯的线圈和gmr传感器组成检测探头，它不仅能检测物体的靠近还可以反映物体的位置信息，从而提高功能的多样化和系统的自动化检测程度。
为了能够将位移测量出来的信息，形象的显示在屏幕上，需要将单片机上的数据经过模/数转化，通过串口与labview软件进行通信，形象的显示在labview上位机上。labview是一个工业标准的图形化开发环境，它结合了图形化编程方式的高性能与灵活性以及专为测试测量与自动化控制应用设计的高端性能与配置功能，能为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等各种应用提供必要的开发工具。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于labview和gmr巨磁阻传感器的电涡流位移传感器。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明主要由电涡流信号发生模块与gmr传感器探头两部分组成，用gmr探头来取代常规的线圈式探头，以减小激励频率对探头灵敏度的影响，后续将gmr传感器测得的电压值的变化进行信号调理，处理过的信号经过单片机的模/数转换，输入到labview上位机上显示出来。
本发明的有益效果是：该系统数据测量稳定性好，测量精度高，传输性能可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为ad9850封装示意图。
图3为ad9850正弦波发生电路图。
图4为按键调节电路图。
图5为td2030a功放电路图。
图6为gmr传感器的放大电路图。
具体实施方式
结合labview和gmr巨磁阻传感器，本发明设计实现了一种基于labview的电涡流位移传感器。
本实施例设计的基于gmr传感器的无损探测系统主要由电涡流信号发生模块与gmr传感器探头两部分组成,用gmr探头来取代常规的线圈式探头，以减小激励频率对探头灵敏度的影响，后续将gmr传感器测得的电压值的变化经过信号调理后，将处理过的信号经过单片机的模/数转换，输入到labview上位机上显示出来，如图1所示。
电涡流信号发生模块主要是由单片机stm32与ad9850通过编程的形式来控制输出信号的波形。随着数字电子技术及集成电路工艺的快速发展，用数字控制的方法，把一个单一的参考频率源，变换成多种不同频率的技术，即直接数字频率合成dds（directdigitalsynthesizer）技术异军突起。美国ad公司推出的高集成度频率合成器ad9850便是采用dds技术的典型产品之一。本设计中选用dds芯片ad9850来产生所需要的正弦信号。ad9850使用cmos集成电路工艺生产，当它的供电电源电压为3.3v时消耗的功率只有155mw，它的使用温度范围很宽，为-40～80℃，同时采用28脚ssop表面封装形式封装，如图2所示。
ad9850集成芯片使用时非常方便，只要外接晶振和电源，就可以用单片机控制输出正弦波形和方波，本设计中只用到正弦波，方波信号没有输出。ad9850正弦波发生电路如图3所示。ad9850芯片的频率控制码可以通过串行方式写入，d7引脚与主控芯片连接就可以写入频率值，减少了ad9850与控制芯片的连线，进一步缩小电路板。图中reset引脚为复位，wclk为时钟信号引脚，rq_up为频率更新引脚，这三个在编程中用到。iout为信号输出引脚。
为了满足在实际应用过程中，对于测试不同的金属物体的位移大小，测试时所需要的最佳频率不是固定的，可以把频率设置为可调的。因此设计了一个按键调节电路如图4所示。利用图4即可对频率进行调节。如图所示，当按键没有按下的时候，mcu端口采集到的信号为高电平，若按键按下，mcu端口与地直接相连，则为低电平；mcu可以通过查询pb5、pb6两个端口的电平来判断按键是否按下，并采取相应的措施。在程序中设定按k1、k2分别为对频率加减100操作。
前一级电路产生的正弦信号要驱动线圈产生电涡流，因此需要一级中间电路——功率放大电路来提高电路的驱动能力。本设计的系统采用tda2030a功放芯片来搭建功率放大电路。tda2030a芯片在使用时外接元器件非常少，只要外接反馈电阻和输入电阻即可调节电路放大倍数，芯片内部包含多种保护电路，因此工作安全可靠。tda2030a功放芯片能在非常宽的电源电压（±6v～±22v）下正常工作，当工作电源电压较高时，它的输出功率也可以达到比较大的值。当电源电压为±19v，负载为8ω时，它的最大输出功率可以达到16w。
td2030a功放电路如图5所示，前一级的电路中iout引脚输出信号经过滤波电路后输入到功放电路的wave端，电路中，c22、c23、c27、c28为电源滤波电容。电阻r8（2.2k）、r9（50k可调电阻）决定放大器的闭环增益，电容c29（220nf）与电阻r7（1ω）对感性负载（线圈）进行相位补偿来消除自激，out引脚输出交变电流。
gmr磁传感器探头是探测系统的核心部分。目前的电涡流探测系统主要还都是采用线圈作为敏感元件。而gmr传感器作为新型的磁敏传感器，与线圈、amr传感器等其它磁敏元件相比，具有体积小、灵敏度高、线性度好、磁场分辨率高且不需要置位/复位电路来消除磁滞等诸多优点。由于gmr芯片采集磁场得到的电压信号为几十或十几毫伏左右，必须经过放大处理才容易进行后续处理，所以要对采集到的信号进行放大。
gmr传感器的放大电路如下图6所示，gmr磁传感器一般情况下可以在3v～20v的电源电压下正常工作，由于传感器输出频率都比较低，所以在电源端增加一个大电容进行滤波，out-和out+两个端口就是传感器差分输出的模拟量电压，输出到op2117放大芯片。本系统中传感器采用3v电压供电，并在电源电压的输入端加一个4.7μf的大电容进行滤波，gmr传感器输出的差分信号接入到op2117仪表放大器进行进一步的放大处理。
由于单片机stm32中有模数转换器adc，可以将电路中检测到位移的模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号。因此可以省掉数据采集卡，直接通过串口通信连接到labview软件的主界面上。labview软件设计出操作界面，对系统进行设置和数据采集，并对数据进行相应的显示。软件通过串口通信对采集到的数据进行读取，对数据进行分析处理，最终显示在主界面上，界面上主要有如下操作选项：波形显示和串口配置。
系统设计界面包括，波形显示主要是显示gmr传感器输出的电压信号随着位移变化而变化的图像。波形的纵坐标反映的是电压值的变化，横坐标是探头与检测物体的距离的变化。串口配置主要是串口通信一些选项的配置，比如串口选择、波特率设置、数据位、奇偶位、停止位流程监控和采样间隔。labview对应程序，主要包括三部分：a.数据采集：通过usb接口读取数据以及数据的处理；b.系统设置：串口设置以及采样设置；c.波形显示。