基于PSoC的数字式电涡流位移传感器设计

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论文的研究内容是基于PSoC(Programmable System on Chip,可编程片上系统)的数字式电涡流位移传感器设计。电涡流位移传感器是建立在电涡流效应原理基础上的一种将非电量转换成电信号的非接触式测量装置,此装置具有结构简单、灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。但目前的电涡流位移传感器存在环境影响和线性范围以及探测线圈尺寸的问题,这给某些特殊使用场合带来了限制,因此解决上述问题对电涡流位移传感器的使用性能具有重要实际意义。本文为了解决电涡流位移传感器在实际应用中遇到的上述问题,从以下几个方面解决:一是通过在电涡流传感器的基本理论上构建有限元仿真电磁场的模型,分析以及改变探测线圈的尺寸和形状对电涡流位移传感器的影响,通过简化模型构建的模型以及仿真结果的合理性来优化电涡流传感器的探测线圈;二是在测量电路上采用调频式测量以频率信号作为输出电路,因为传感器是以PSoC芯片为核心,充分利用PSoC的内部可配置的模拟数字资源(高精度、高带宽、高灵活性),测量电路使用反相器构建振荡电路,这样的设计不仅电路结构简单体积减小而且提高电涡流传感器的稳定性和抗干扰能力;三是通过把采集到的测量数据进行函数曲线拟合分析,分析得到比较好的数据处理方式,这样可以减小电涡流位移传感器的非线性误差及提高传感器的线性测量范围,改善电涡流传感器的使用性能。本次设计的基于PSoC的数字式电涡流位移传感器能够稳定的采集到实验测量数据,验证了此次电涡流探测电路设计的可行性及正确性。通过基于PSoC的数字式电涡流位移传感器的设计可以实现位移的测量要求,同时达到设计结构简单节约外部资源并且提高了电涡流传感器的抗干扰性,为电涡流测量系统的进一步完善奠定了一定的基础。
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