一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法技术

本发明专利技术涉及一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，包括：选取一个通用的传感器探头，其前端设置探测线圈；选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，二者的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号U

【技术实现步骤摘要】
一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法
本专利技术涉及电涡流位移传感器
，尤其是一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法。
技术介绍
随着超精密制造技术的不断发展，高端制造所依赖的精密测量技术仍有欠缺，在加工、装配、检测等方面对超精密位移传感器有着越来越急切的需求，某些场合的测量精度已从微纳米级别提高到了亚纳米级别。非接触式位移传感器是当前工业用位移测量的主流，主要包括电容式、电涡流式和光电式，其中电涡流位移传感器具有灵敏度高、可靠性好、不受油污影响等优点，在超精密机床上有着极为广泛的应用。电涡流位移传感器的主要原理是电磁感应，然而在工业现场存在极多的干扰磁场源，如何避免干扰磁场的影响，是电涡流位移传感器需要解决的关键问题。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等也提出通过探头抵消和电路滤波来提高抗干扰磁场的能力。然而，现有方法无法彻底消除干扰磁场的影响，输出信号仍会残留与干扰磁场相关的噪声成分，需要使用其他方法加以消除。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种通过干扰磁场检测模块获得干扰磁场信号，利用干扰磁场信号与干扰磁场噪声的相关性，在通用的位移测量模块基础上，消除输出信号中残留的干扰磁场噪声成份的电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)选取一个通用的传感器探头，传感器探头的前端设置有用于测量探测线圈与目标导体之间的距离x的探测线圈，探测线圈受到周围环境中干扰磁场B的影响；(2)选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈依次通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，位移测量模块和干扰磁场检测模块的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；(3)干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号Um；位移测量模块的输出信号包含待测位移信号Ux和干扰磁场噪声Nm；(4)干扰磁场噪声Nm与干扰磁场信号Um之间存在相关性，利用磁场标定系统，测得Nm与Um的频率特性方程如下：Nm＝H(s)·Um(1)(5)频率特性参量H(s)存储在磁场噪声消除模块内，使得干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号Um通过方程(1)转换为干扰磁场噪声Nm，并与位移测量模块的输出信号Ux+Nm相减，则磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声Nm的待测位移信号Ux。所述的干扰磁场检测模块是由隔离放大器、低通滤波器构成的模拟运算电路，隔离放大器的输入端作为干扰磁场检测模块的输入端，与电缆接口相连，隔离放大器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端作为干扰磁场检测模块的输出端。所述的磁场噪声消除模块是由模数转换器和微处理器组成的数字运算电路，所述模数转换器由第一模数转换器和第二模数转换器组成，所述微处理器包括含频率特性转换模块和减法运算模块，第一模数转换器将干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号转化为数字信号Um，第二模数转换器将位移测量模块的输出信号转化为数字信号Ux+Nm；微处理器存储磁场标定系统测量获得的频率特性参量H(s)，利用频率特性转换模块将干扰磁场信号Um转换为干扰磁场噪声Nm，再利用减法运算模块与位移测量模块的输出信号Ux+Nm相减，即微处理器完成以下运算过程：Ux+Nm-H(s)·Um＝Ux+Nm-Nm＝Ux(2)则磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声Nm的待测位移信号Ux。所述频率特性参量H(s)包含幅频特性A(ω)和相频特性由上述技术方案可知，本专利技术的有益效果为：第一，本专利技术适用于现有的各类电涡流位移传感器，无需更改探测线圈和检测电路，磁场噪声消除模块可在现有的微处理器上增加相应的功能模块实现，电缆接口和干扰磁场检测模块为模拟电路，电路简单、成本低廉，通用性好；第二，本专利技术采用基于模数转换器、微处理器的数字电路消除干扰磁场噪声，避免模拟电路极限设计下带来的热噪声、动态特性等问题，适用于现有电涡流位移传感器输出电压中微弱的干扰磁场噪声的消除，可极大地提高现有电涡流位移传感器在强干扰磁场环境下的测量精度。附图说明图1为本专利技术干扰磁场噪声消除系统示意图；图2为本专利技术基于调幅检测的位移测量模块示意图；图3为本专利技术无干扰磁场下探测线圈两端的电压信号；图4为本专利技术无干扰磁场下位移测量模块的输出电压噪声；图5为本专利技术有干扰磁场下探测线圈两端的电压信号；图6为本专利技术有干扰磁场下位移测量模块的输出电压噪声；图7为本专利技术干扰磁场检测模块示意图；图8为本专利技术干扰磁场检测模块的输出电压；图9为本专利技术磁场噪声消除模块示意图；图10本专利技术磁场噪声消除模块的输出电压噪声。具体实施方式一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)选取一个通用的传感器探头1，传感器探头1的前端设置有用于测量探测线圈2与目标导体3之间的距离x的探测线圈2，探测线圈2受到周围环境中干扰磁场B的影响；(2)选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈2依次通过同轴电缆4和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，位移测量模块和干扰磁场检测模块的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；(3)干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号Um；位移测量模块的输出信号包含待测位移信号Ux和干扰磁场噪声Nm；(4)干扰磁场噪声Nm与干扰磁场信号Um之间存在相关性，利用磁场标定系统，测得Nm与Um的频率特性方程如下：Nm＝H(s)·Um(1)(5)频率特性参量H(s)存储在磁场噪声消除模块内，使得干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号Um通过方程(1)转换为干扰磁场噪声Nm，并与位移测量模块的输出信号Ux+Nm相减，则磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声Nm的待测位移信号Ux。所述的干扰磁场检测模块是由隔离放大器、低通滤波器构成的模拟运算电路，隔离放大器的输入端作为干扰磁场检测模块的输入端，与电缆接口相连，隔离放大器的输出端与低通滤波器的输入端相连，低通滤波器的输出端作为干扰磁场检测模块的输出端。所述的磁场噪声消除模块是由模数转换器和微处理器组成的数字运算电路，所述模数转换器由第一模数转换器和第二模数转换器组成，所述微处理器包括含频率特性转换模块和减法运算模块，第一模数转换器将干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号转化为数字信号Um，第二模数转换器将位移测量模块的输出信号转化为数字信号Ux+Nm；微处理器存储磁场标定系统测量获得的频率特性参量H(s)，利用频率特性转换模块将干扰磁场信号Um转换为干扰磁场噪声Nm，再利用减法运算模块与位移测量模块的输出信号Ux+Nm相减，即微处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：/n(1)选取一个通用的传感器探头，传感器探头的前端设置有用于测量探测线圈与目标导体之间的距离x的探测线圈，探测线圈受到周围环境中干扰磁场B的影响；/n(2)选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈依次通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，位移测量模块和干扰磁场检测模块的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；/n(3)干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号U

【技术特征摘要】
1.一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)选取一个通用的传感器探头，传感器探头的前端设置有用于测量探测线圈与目标导体之间的距离x的探测线圈，探测线圈受到周围环境中干扰磁场B的影响；
(2)选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈依次通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，位移测量模块和干扰磁场检测模块的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；
(3)干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号Um；位移测量模块的输出信号包含待测位移信号Ux和干扰磁场噪声Nm；
(4)干扰磁场噪声Nm与干扰磁场信号Um之间存在相关性，利用磁场标定系统，测得Nm与Um的频率特性方程如下：
Nm＝H(s)·Um(1)
(5)频率特性参量H(s)存储在磁场噪声消除模块内，使得干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号Um通过方程(1)转换为干扰磁场噪声Nm，并与位移测量模块的输出信号Ux+Nm相减，则磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声Nm的待测位移信号Ux。


2.根据权利要求1所述的电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，其特征在于：所述的干扰磁场检...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘成亮，任淑鹏，卢建池，吴天强，吴家豪，石超，丰安辉，胡民港，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34