根据MAX1452的电涡流传感器规划

　　鹿文龙（1985—），男，工程师，首要研讨方向：传感器及调度电路规划、测验丈量、信号收集与处理。

　　传统的电涡流传感器遍及没有温度补偿功用，一般温度特性较差。即使进行了温度补偿，作用也很有限，只能经过放置一个与探头线圈温度特性相反的电感进行大略补偿，且补偿温度规模很窄，无法获得杰出的补偿作用。为了进步电涡流传感器的温度特性，减小温度对电涡流传感器的影响。本文提出一种根据MAX1452的电涡流传感器规划，在完成电涡流丈量的一起，能够对电涡流传感器进行温度补偿。本规划能够在（-40~125）℃规模内对电涡流传感器进行温度补偿，并可多个温度点补偿。在确保电涡流传感器输出功用的基础上，改进了电涡流传感器的温度特性。MAX1452选用数字化补偿方法，补偿精度高，操作便利，能够完成传感器的批量补偿。

　　如图1 所示，电涡流传感器由探头、电路板、外壳和线 个线圈，可等效为电感L。电路板包含振动电路、谐振电路、检波电路、补偿扩大电路和滤波电路，其间谐振电容C 与探头线圈L 组成LC 谐振电路，其谐振频率f 为。外壳用于维护和固定内部元件，线缆用于传感器供电和信号输出。电涡流传感器选用非触摸式丈量原理[2]，一般用于丈量间隔。图2 为电涡流传感器作业原理，当金属板置于探头线圈邻近，它们之间的间隔为δ，线 时，便产生交变磁通量Φ1。金属板在此交变磁场中会产生感应电流i2，这个电流在金属板内是闭合的，所以称之为“涡流”。这个涡电流也将产生交变磁场Φ2，与线圈的磁场改动方向相反，Φ2总是反抗Φ1的改动，由于涡流磁场Φ2的作用使探头线圈的等效阻抗产生改动。运用这种涡流效应，电涡流传感器经过将间隔改动转换为阻抗改动来进行丈量。

　　剖析的电涡流传感器根据调幅式原理，由振动电路、谐振电路和信号处理电路组成。其间谐振电路由探头线]

　　如图3 所示，R 为探头线]，L 为探头线圈的等效电抗。当环境温度产生改动时，探头金属导体的电导率会产生改动，探头线圈也会由于热胀冷缩而改动几许尺度。因而，环境温度对探头线圈的电阻和电抗都会产生影响。

　　当传感器作业时，整个丈量电路的作业频率坐落谐振频率邻近。当电路处于谐振状况时，谐振回路的等效阻抗Z 能够表明为：

　　电涡流传感器的电路[7]根据MAX1452 规划，由振动电路、谐振电路、检波电路、补偿扩大电路和滤波电路组成，别离完成振动源信号、谐振振动、信号检波、信号扩大、温度补偿和信号滤波的功用。

　　电源电路对外部供电进行稳压和滤波处理，可将电压准确安稳至5 V，为MAX1452 电路供电。稳压源挑选高精度电压基准源LT1461-5，其电压输入规模为（7~20）V，输出电压为5 V DC±0.04%，温度系数小于2×10-5/℃，作业温度规模为（-40~125）℃。在LT1461-5 稳压电路的输入端和输出端别离规划有低通滤波器和高频滤波电容，可进一步对电源进行滤波处理，消除外界电磁搅扰，进步电路的电磁兼容性。

　　3.2 振动电路规划振动电路的振动源运用MAX1452 内部集成的1 MHz 振动器，该振动器振动频率安稳，占空比为50%，带载才干不小于1 mA，可为探头感应线圈供给安稳牢靠的振动源信号。

　　谐振电路由感应线 组成LC 谐振器，振动频率规划约为1 MHz。当给LC 谐振器施加震动源时，LC 谐振器可等效为阻性元件。谐振器中的谐振电容C7 为固定容值，那么当感应线 的电感量产生改动时，整个LC 谐振器的阻抗将产生改动。感应线圈的阻抗改动与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、线圈与金属导体之间的间隔δ 以及线圈鼓励振动源频率f 有关，可用函数关系式Z = F（ρ、δ、μ、f）表明。

　　电涡流传感器的电阻率ρ、磁导率μ、线圈振动源频率f 为固定值，则感应线圈的阻抗变为线圈与金属导体之间的间隔δ 的单值函数。当线圈与金属导体间的间隔δ 增大时，电涡流效应削弱，感应线圈的阻抗Z 变小，谐振器电感L 端电压变小。那么就能够经过检测电感L的端电压完成间接丈量探头感应线圈与金属导体之间间隔的意图。

　　谐振电路输出的是交变电压信号，需求经过检波处理后才干被后续电路处理。检波电路根据峰值检测原理，由1 个二极管和检波电容组成。检波电路的仿线 整流二极管，利于二极管的单向导电性，可将沟通信号整形为正半周的直流信号。检波电容则挑选小容值的陶瓷电容，该电容的端电压为直流信号的峰值，能够完成对整形后直流信号的检波功用。

　　3.4 扩大和滤波电路规划谐振电路的端电压幅值较小，需求对检波后的信号进行扩大处理，以满意传感器输出要求。扩大电路运用MAX1452 内部自带的可调增益扩大器，可经过数字化装备将传感器输出信号调整至目标值。滤波电路运用阻容器材和MAX1452 内部集成的运算扩大器构成1 个二阶低通滤波器，对规划的滤波器进行频率特性仿真，可得出该滤波器的通带截止频率约为200 Hz，可有用滤除高频噪声信号，保存低频有用信号，进步输出信号的信噪比。

　　电涡流传感器的温度补偿是经过MAX1452 的温度补偿功用完成的，MAX1452 是一种高度集成的模仿传感器信号处理器，具有扩大、校准和温度补偿功用。如图7 所示，MAX1452 内部包含1 个可编程传感器鼓励、1 个16 级可编程增益扩大器（PGA）、1 个768 字节（6 144位）内部EEPROM、4 个16 位DAC、1 个通用运算扩大器以及1 个内嵌温度传感器。除偏移量和跨度补偿外，MAX1452 还运用偏移量的温度系数（TC）和跨度温度系数（FSOTC）供给共同的温度补偿。

　　DAC，以MAX1452 内部温度传感器树立温度查找表，在不同温度下，经过调整FSODAC 和OFFSETDAC 的值校准电涡流传感器的满程输出和零位输出，然后完成对电涡流传感器温度补偿的意图。详细的补偿过程包含系数初始化、FSO 校准、FSO 和FSOTC 补偿、OTC补偿和OFF 补偿。运用MAX1452 对电涡流传感器进行温度补偿后，当电涡流传感器在不同温度作业时，MAX1452 内部温度传感器感应环境温度，以温度值作为补偿数据查找表的索引指针。MAX1452 运用该指针索引FSODAC 和OFFSETDAC 值，经过累加器对原始信号进行运算处理，处理后的数据存入输出数据寄存器，终究输出补偿后的电压值。

　　从以上数据能够看出，该电涡流传感器具有输出安稳、差错小的特色。在低温、常温、高温环境下最大非线%，具有输出线性好的长处。经核算，传感器的最大总差错小于0.2%，最大温度差错小于0.002%FS/℃，目标均达到了较高水平，可见MAX1452对传感器的输出校准和温度补偿均获得了杰出的作用。

　　[2] 翟瑶.微型电涡流传感器的研讨[D].上海:上海交通大学,2016.