[发明专利]一种电涡流传感器的前置调理电路

说明书

本发明提出了一种电涡流传感器的前置调理电路，包括：核心控制器、DDS正弦波信号源电路、自动增益控制器、自动增益控制器的幅度调节DAC电路、检测电路、精密整流电路、信号放大电路、信号放大电路的偏置调节DAC电路、数字通信接口电路，数字通信接口电路用于接收指令和数据，并将指令和数据发送至核心控制器，核心控制器用于根据来自数字通信接口的指令，根据指令调节DDS正弦波信号源电路的输出频率，并调节自动增益控制器的幅度调节DAC电路和信号放大电路的偏置调节DAC电路的输出电压。本发明使用同一套前置调理电路，满足不同材质金属目标和测量量程的工程需求，以完成不同材质的金属目标的检测，满足探头互换性需求，降低系统维护成本。

技术领域

本发明涉及电涡流技术领域，特别涉及一种电涡流传感器的前置调理电路。

背景技术

电涡流是指置于变化磁场中的块状金属导体或在磁场中作切割磁力线的块状金属导体，则在此块状金属导体内将会产生旋涡状的感应电流的现象。利用电涡流效应制作的传感器可以实现对位移的直接测量，通过对激励频率的设定也可以对特定材料薄膜的厚度进行直接测量，并可以间接测量振动、温度、应力、速度以及材料损伤等，电涡流测量方法具有非接触、不受油污光线和粉尘干扰、灵敏度高、频率响应范围宽等优点。

如图1所示，H1为正弦波激励施加于探头线圈产生的交变磁场，在金属导体表面感应出电涡流I2，其产生的交变磁场为H2，影响探头线圈I1的幅值和相位，当探头线圈与金属导体的距离d改变时，I1随之发生变化，测量I1的幅值和相位信息，即可提取距离d信息。

现有的电涡流传感器现场调试存在以下难度：精密电涡流应用，为了获得较强的抗干扰性能，连接探头与前置器的引线电缆要尽量短，并在运行时避免晃动和弯折。当前置器增益较高时，由于探头安装和引线固定方式随工程实际需求变化，探头电感发生微小变化，经过高增益的前置调理电路后传感器输出满偏，无法进行测量，需要调节偏置。在某些工程应用中，为了尽可能靠近探头线圈，前置器安装至封闭或回转机构内部，且安装到位后拆卸难度非常大，调试人员无法直接通过调节前置器内机械电位器进行电路参数调节，需要通过控制总线程控增益和偏置的电路。

同时当探头安装和引线固定方式引入线圈电感变化后，电路谐振状态发生改变，为了追求最佳谐振状态，需要微调探头线圈激励频率。

在诸多应用中，探头线圈容易损坏，且不同探头的参数有细微差别，但反应在传感器输出端即为较大误差。如何能后在保留现有前置器的情况下，兼容更换新探头，依然能够正常进行设定和测量，满足电涡流传感器探头具有互换性需求，是当前需要解决的主要问题之一。

使用同一探头和前置器对不同材质金属目标进行测量，需要改变正弦波激励信号的频率和幅值。使用同一探头和前置器完成多量程测量，需要改变正弦波激励信号的幅值，同时改变信号放大电路的偏置。如何满足电涡流传感器的多类型，多量程测量需求，是当前需要解决的主要问题之一。

现有的模拟电涡流传感器前置调理电路方案：信号调理使用模拟器件搭建，电路参数需要调节机械电位器，由于电位器调节微弱模拟信号，不能置于远端，否则会引入较大干扰，导致前置调理电路噪声过大。这种方案的缺陷在于：机械电位器调节激励信号幅度和信号放大电路偏置，无法远在线程调节。无法改变激励信号频率，不能微调电路谐振状态，亦不能支持多种被测金属材料目标。

另外，现有的可变激励频率的电涡流传感器前置调理电路方案：采用单一频率的晶体振荡器产生激励，使用计数器芯片分频产生若干频率，再采用分离器件滤波对方波信号进行整形滤波，去除高频分量，得到近似正弦波激励信号源。这种方案的缺陷在于：只能实现几个特定频率的正弦波激励信号输出，无法连续调节从而微调电路谐振状态，故无法获得最大灵敏度。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种电涡流传感器的前置调理电路。