高精度電渦流傳感器的標定研究

劉學　王艷林　高宏　陳青山

摘要：線性度是傳感器靜態特性的一個重要指標，為減小電渦流傳感器的非線性誤差，提高其測量精度，對電渦流傳感器的輸出結果進行標定。給出了電渦流傳感器輸出電壓與探頭線圈和被測金屬導體之間距離的關系式，在滿足的±0.5mm量程，分辨率達到萬分之一的前提下，分別采用直線擬合法和曲線擬合法對電渦流傳感器進行標定。實驗結果表明，利用曲線擬合采用3階多項式擬合要比直線擬合法線性誤差更小，非線性誤差由17.19%降到0.7%。

關鍵詞：精度；電渦流傳感器；標定；曲線擬合法

中圖分類號：TH711 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）01-0080-02

0 引言

目前對非線性補償問題的解決方法主要有硬件補償和軟件補償兩種方法。前者是在傳感器的輸出端設置補償電路來實現非線性補償功能，但是其電路通常較為復雜且精度比較低，同時在當前的微機化的趨勢下，硬件電路補償逐漸被軟件補償所替代。軟件補償時通過有函數補償和算法補償來有效減少信號中的非線性失真，從而提高傳感器的精度。目前常用的補償算法有BP神經網絡、RBP神經網絡等。函數補償法通常需要對傳感器的輸出特性比較清楚的前提下使用，而算法補償則不需要事先推導關系式，但是神經網絡算法本身比較復雜，所以軟件處理方法需要根據工作環境而定。

鑒上述，通過對電渦流傳感器輸入輸出關系進行推導，運用函數擬合的方法對電渦流傳感器進行非線性校正，計算過程簡單且精度滿足工業要求，為電渦流傳感器的標定提供了一種行之有效的方法。

1 電渦流傳感器測距原理

設圖1中線圈的電阻為R1，電感值為L1，則其阻抗為Z=R1+jwL1；其短路電路的電阻值為R2，電感值L2；線圈與短路環之間的互感系數為M。M的值隨它們之間的距離d的減小而增大。加在線圈兩端的激勵電壓為U。根據基爾霍夫定律，可以列出電壓平衡方程組。

3 結語

通過運用直線擬合和曲線擬合分別對電渦流傳感器進行非線性校正，其中直線擬合的非線性誤差分別為17.19%、10.99%。曲線擬合的非線性誤差為0.7%。有結果可以看出，曲線擬合的結果比較好，采用曲線擬合使電渦流傳感器的輸出精度顯著提高，曲線擬合法運用3階多項式來逼近，只需通過Matlab計算得出擬合曲線系數，再將表達式寫入到微處理即可。由此可見，對電渦流傳感器的標定應該采用曲線擬合法，其非線性誤差可以從17.19%降到0.7%。

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Abstract：Linearity is an important indicator of the static characteristics of a sensor. In order to restrain the nonlinear error and to improve the accuracy， calibration of precision eddy current sensor is studied. The relationship between the output voltage of the eddy current sensor and the distance from the probe coil to the measured metal conductor is inferred. In the case that the range is ±0.5mm and resolution reaches one ten thousandth， the precision eddy current sensor is calibrated respectively through Straight line fitting method and Curve fitting method. Experimental results show that， the Curve fitting method is better than the Straight line fitting method， and the nonlinear error is improved from 17.19% to 0.7%.

Key words：accuracy； eddy current sensor； calibration； least square method