数字式电涡流传感器优化设计

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智能装备和智能产品的大力发展,给传感器产业带来巨大的机遇和挑战。电涡流传感器作为一种非接触式测量传感器,具有测量范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强等优点而被广泛应用于工业、电子、电力等领域。在实际测量中,由于电涡流传感器受到自身原理或者外界环境等多方面因素的影响,导致传感器在稳定性、线性度等方面存在较大问题,严重影响传感器测量性能。因此,研究数字式电涡流传感器优化设计,对提升电涡流传感器的测量性能有着重要的研究意义。  论文以电涡流传感器性能优化设计为目的,首先从理论方面分析了被测对象电磁特性、电涡流传感器线圈参数和测量电路影响电涡流传感器性能的机理。其次,针对探头线圈结构参数优化问题,分析线圈产生的磁场强度分布以及磁场强度梯度变化与线圈结构参数之间的关系,得到线圈结构参数影响传感器测量范围和灵敏度的关系;在线圈外径一定的情况下,从线圈品质因数和电感值角度分别对内径和厚度的取值范围进行了分析;并以线圈品质因数与极限位移点灵敏度最大为优化目标函数,采用遗传算法进行线圈参数多目标优化。针对电涡流传感器硬件测量电路稳定性差的问题,采用一种基于PSoC控制芯片实现定频调幅式电涡流传感器的电路设计方法,该方法利用 PSoC内部集成的大量模拟数字资源代替传统硬件电路,大大简化硬件电路结构,并实验获取了电涡流传感器的输入输出曲线。针对电涡流传感器实验数据存在的非线性问题,分别采用最小二乘拟合方法和 RBF神经网络对测量数据进行非线性补偿,提高并改善了电涡流传感器的线性度,并且RBF神经网络的非线性补偿效果更好,精度更高。
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