一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，信号发生器的参考信号通过功率放大器驱动激励线圈模拟磁场干扰，利用仪器放大器提取探测线圈两端的电压信号经低通滤波器与参考信号进行锁定放大获得磁场干扰强度信号，传感器电路的位移信号与参考信号进行锁定放大获得磁场干扰的噪声水平信号。本发明专利技术无需增设额外的磁场传感器即可实现磁场干扰强度的原位测量，并获得电涡流位移传感器的输出位移信号与磁场干扰相关的噪声水平，系统可为工业环境用电涡流位移传感器产品测试和新型抗强磁场干扰电涡流位移传感器研发提供分析数据。

A test system for magnetic field interference noise of eddy current displacement sensor

【技术实现步骤摘要】
一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统
：本专利技术涉及电涡流传感器噪声分析领域，具体是一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统。
技术介绍
：随着超精密制造技术的发展，对加工、装配、检测等过程中仪器仪表的性能要求越来越高，位移测量的精度已经从微米量级提升到了纳米量级，电涡流位移传感器由于灵敏度高、非接触测量、响应速度快、不受油水介质影响等优点，在装备制造的工业现场得到广泛的应用。电涡流位移传感器的基本原理是电磁感应，即利用探测线圈产生的高频磁场在目标导体表面形成的电涡流特性实现微位移测量，因此，工业环境中广泛存在的磁场干扰也可能耦合到探测线圈上，进而加剧输出位移信号的噪声水平，降低传感器的测量精度。目前，电涡流位移传感器主要采用电磁屏蔽的措施避免外界磁场干扰的影响，专利申请CN104729544A、CN109668504A等也提出通过探头和电路设计来提高抗强磁场干扰的能力。然而，目前仍然没有配套的测试系统针对磁场干扰对电涡流位移传感器输出位移信号的影响进行全面的、定量的测试分析。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，采用简单、低价而高效的测试方式，实现磁场干扰对电涡流位移传感器输出位移信号噪声相关性的高精度测试，从而为工业环境用电涡流位移传感器产品测试和新型抗强磁场干扰电涡流位移传感器研发提供分析数据。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，包括信号发生器、功率放大器、激励线圈、传感器探头、探测线圈、目标导体、同轴电缆、传感器电路、仪器放大器、低通滤波器、锁定放大器A、锁定放大器B和计算机；所述信号发生器输出参考信号，通过功率放大器驱动激励线圈产生模拟的磁场干扰；所述传感器探头穿过激励线圈并与激励线圈共轴固定，传感器探头上端面设置有探测线圈，探测线圈与激励线圈平行，目标导体平行设置于探测线圈的上部，探测线圈的引线通过同轴电缆连接传感器电路，输出位移信号；所述探测线圈两端的电压信号通过同轴电缆连接仪器放大器，经过低通滤波器后输入锁定放大器A，并与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰强度信号；所述传感器电路的位移信号通过锁定放大器B与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰的噪声水平信号；所述参考信号、位移信号、磁场干扰强度信号和噪声水平信号由计算机进行数据采集和处理。本专利技术的进一步技术：所述信号发生器输出的参考信号为单一频率正弦波信号，参考信号的频率低于电涡流位移传感器的工作频率。所述信号发生器改变参考信号的频率和幅值，从而测试不同频率、不同强度的磁场干扰下，电涡流位移传感器位移信号的相关噪声水平。本专利技术中，电涡流位移传感器的探测线圈既用于位移的测量，也用于磁场干扰的测量。探测线圈经过标准磁场标定后，即可实现探测线圈位置外界磁场强度的原位测量；利用仪器放大器提取探测线圈两端的电压信号，仪器放大器具有极高的输入阻抗，因此磁场干扰的测量不会影响电涡流位移传感器本身的测量。本专利技术中，采用锁定放大器直接获取与信号放生器的参考信号频率相关的信号成份，排除其他不相关干扰、噪声的影响，提高了测试的准确性。探测线圈两端的电压信号包含磁场干扰电压，经过低通滤波后，利用锁定放大器A与参考信号进行锁定放大，可直接获得参考信号频率下的磁场干扰强度；传感器电路输出的位移信号包含磁场干扰噪声，利用锁定放大器B与参考信号进行锁定放大，可直接获得磁场干扰的噪声水平。与已有技术相比，本专利技术的优点为：1本专利技术无需增设额外的磁场传感器即可实现磁场干扰强度的原位测量，降低了系统的复杂度，提高了测试的精度；2本专利技术采用锁定放大器直接获取单一频率的磁场干扰强度和位移信号的噪声水平，结合计算机设备，可实现不同频率、不同强度的磁场干扰下，电涡流位移传感器位移信号相关噪声水平的快速测量分析。附图说明:为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；图1为本专利技术测试系统的原理示意图；图2为本专利技术无磁场干扰下探测线圈两端的电压信号；图3为本专利技术有磁场干扰下探测线圈两端的电压信号；图4为本专利技术无磁场干扰下位移信号的噪声；图5为本专利技术有磁场干扰下位移信号的噪声。具体实施结构:下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1所示，一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，包括信号发生器、功率放大器、激励线圈1、传感器探头2、探测线圈3、目标导体4、同轴电缆5、传感器电路、仪器放大器、低通滤波器、锁定放大器A、锁定放大器B和计算机；所述信号发生器输出参考信号，通过功率放大器驱动激励线圈1产生模拟的磁场干扰；所述传感器探头2穿过激励线圈1并与激励线圈1共轴固定，传感器探头2上端面设置有探测线圈3，探测线圈3与激励线圈1平行，目标导体4平行设置于探测线圈3的上部，探测线圈3的引线通过同轴电缆5连接传感器电路，输出位移信号；所述探测线圈3两端的信号通过同轴电缆5连接仪器放大器，经过低通滤波器后输入锁定放大器A，并与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰强度信号；所述传感器电路的位移信号通过锁定放大器B与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰的噪声水平信号；所述参考信号、位移信号、磁场干扰强度信号和噪声水平信号由计算机进行数据采集和处理。所述信号发生器输出的参考信号为单一频率正弦波信号，参考信号的频率低于电涡流位移传感器的工作频率。所述信号发生器改变参考信号的频率和幅值，从而测试不同频率、不同强度的磁场干扰下，电涡流位移传感器位移信号的相关噪声水平。具体工作过程：电涡流位移传感器的基本原理是电磁感应，利用探测线圈3产生的高频磁场在目标导体4表面形成的电涡流特性实现微位移测量，即探测线圈3的等效阻抗随着探测线圈3和目标导体4之间距离的变化而变化，通过检测探测线圈3等效阻抗的变化量，从而获得探测线圈3和目标导体4之间距离的变化量。常用的电涡流位移传感器的检测电路包括基于调频检测法、调幅检测法、调相检测法以及交流电桥法等原理的调制解调电路。不管采用哪种电涡流位移传感器检测电路，传感器探头2上端面的探测线圈3都需要通过同轴电缆5与传感器电路连接，探测线圈3上施加高频调制电压通常大于100kHz用于产生高频磁场，高频磁场在目标导体4表面形成的电涡流改变探测线圈3的等效阻抗，当探测线圈3接近目标导体4并进入测量范围时，传感器电路解调出等效阻抗的变化量，从而输出位移信号。无磁场干扰下，探测线圈3两端的电压信号为高频调制电压，如图2所示，如果探测线圈3与目标导体4之间的距离保持不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，其特征在于：包括信号发生器、功率放大器、激励线圈、传感器探头、探测线圈、目标导体、同轴电缆、传感器电路、仪器放大器、低通滤波器、锁定放大器A、锁定放大器B和计算机；/n所述信号发生器输出参考信号，通过功率放大器驱动激励线圈产生模拟的磁场干扰；/n所述传感器探头穿过激励线圈并与激励线圈共轴固定，传感器探头上端面设置有探测线圈，探测线圈与激励线圈平行，目标导体平行设置于探测线圈的上部，探测线圈的引线通过同轴电缆连接传感器电路，输出位移信号；/n所述探测线圈两端的电压信号通过同轴电缆连接仪器放大器，经过低通滤波器后输入锁定放大器A，并与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰强度信号；/n所述传感器电路的位移信号通过锁定放大器B与参考信号进行锁定放大，输出磁场干扰的噪声水平信号；/n所述参考信号、位移信号、磁场干扰强度信号和噪声水平信号由计算机进行数据采集和处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种电涡流位移传感器磁场干扰噪声测试系统，其特征在于：包括信号发生器、功率放大器、激励线圈、传感器探头、探测线圈、目标导体、同轴电缆、传感器电路、仪器放大器、低通滤波器、锁定放大器A、锁定放大器B和计算机；
所述信号发生器输出参考信号，通过功率放大器驱动激励线圈产生模拟的磁场干扰；
所述传感器探头穿过激励线圈并与激励线圈共轴固定，传感器探头上端面设置有探测线圈，探测线圈与激励线圈平行，目标导体平行设置于探测线圈的上部，探测线圈的引线通过同轴电缆连接传感器电路，输出位移信号；
所述探测线圈两端的电压信号通过同轴电缆连接仪器放大器，经过低通滤波器后输入锁定放大器A，并与参考信号进行锁定放大，输出磁场...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成亮，任淑鹏，杨飞，戴天亮，石超，丰安辉，胡民港，张宵媛，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34