【技术实现步骤摘要】
本专利技术面向微纳检测，具体涉及一种实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路及方法。
技术介绍
1、面向微纳检测
，针对电涡流检测方法，现有研究中尚未出现微米级位移-环境温度或者纳米级金属薄膜厚度-环境温度双物理量同步检测的传感器设计方案。
2、面向复杂工况下摩擦副润滑油膜状态(厚度和环境温度等参数)检测，要实现多参量的同步检测，多集成多种传感器件的方式，且每种传感器件一般只能检测单一物理量。而受限于实际工况，较难在有限空间内集成多种敏感元件。同时，近距离内器件之间存在一定干扰。
3、此外，环境温度变化对传感器检测精度的影响无法避免。针对环境温度的影响，现有研究工作多集中在如何抑制环境温度对电涡流传感器检测精度的影响。例如，采用专用的温度传感器进行环境温度检测或设计相关算法以实现温度补偿。相关方法依赖大量的实验数据，增加了测量系统成本及复杂性。
4、因此目前针对多参量检测，特别是双物理量的同步检测，尚未有使用单一敏感元件的便捷测量方案。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路及方法，针对电涡流传感器件，提供信号处理算法及其检测电路，可实现双物理量—微米级位移-温度或者纳米级金属薄膜厚度-温度—的同步快速检测。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路，包括激励模块，信号转换模块，特征分量解耦及输出模块和电源模块。
3、激励模块为
4、信号转换模块在所述正弦激励信号的作用下，将所述电涡流传感器敏感元件的阻抗变化量，转换为电压信号并输出。
5、特征分量解耦模块将信号转换模块的输出信号进行解耦。
6、输出模块用于放大输入信号提高检测灵敏度并进行输出。
7、电源模块为检测电路中的激励模块，信号转换模块，特征分量解耦及输出模块提供稳定的直流电源。
8、进一步地，激励模块包含信号发生器和电压跟随器；信号发生器输出稳定的正弦激励信号；电压跟随器用于隔离信号发生器和信号转换模块，消除两者之间的影响。
9、进一步地，信号转换模块采用交流电桥形式，即包含参考线圈，检测线圈和两个采样电阻。
10、交流电桥由四个桥臂顺次连接而成，参考线圈，检测线圈，两个采样电阻各处一个桥臂，参考线圈和检测线圈相邻，两个采样电阻相邻，其中检测线圈与其相邻的采样电阻之间引出输出端口d，参考线圈与其相邻的采样电阻之间引出输出端口b，b与d之间的电压即为信号转换模块的输出电压。
11、进一步地，特征分量解耦模块包括差分放大器、等幅移相电路、第一乘法器、第二乘法器、第一低通滤波器、第二低通滤波器和输出模块；
12、差分放大器以所述信号转换模块的输出电压信号作为输入，差分放大器的输出作为第一乘法器一路输入，同时也作为第二乘法器的一路输入；
13、等幅移相电路以所述正弦激励信号作为输入，将正弦激励信号移相90°后作为第一乘法器的参考信号输入。同时，所述正弦激励信号作为第二乘法器的参考信号输入；
14、第一乘法器、第一低通滤波器以及输出模块顺次连接；
15、第二乘法器、第二低通滤波器以及输出模块顺次连接；
16、进一步地，输出模块包含两路后级放大器；
17、第一低通滤波器与输出模块的第一后级放大器连接；
18、第二低通滤波器与输出模块的第二后级放大器连接；
19、第一后级放大器和第二后级放大器的输出分别为解耦后的信号实部和虚部。
20、本专利技术另外一个实施例还提供了实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路的方法，采用上述的实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路针对电涡流传感器敏感元件进行被测参量和环境温度双参量的检测，具体方法为：
21、以电涡流传感器的线圈作为所述检测线圈加入交流电桥。
22、检测线圈的电阻和电感在一定量程范围内满足如下的线性关系：
23、
24、其中，δx表示被测参量的变化量；δt表示环境温度变化量；r0表示检测线圈的初始电阻；l0表示检测线圈的初始电感；ka，kb，kc，kd为常系数；r(x,t)表示检测线圈电阻随被测参量x以及环境温度t的变化关系函数，l(x,t)表示检测线圈电感随被测参量x以及环境温度t的变化关系函数；
25、当检测线圈阻抗满足δr＜＜rp+r，δl＜＜l条件时，其中，δr表示检测线圈在检测过程中的电阻变化量，r表示检测线圈(3)在检测过程中的电阻阻值，rp表示采样电阻阻值，l表示检测线圈(3)中在检测过程中的电感值；δl表示检测线圈在检测过程中的电感变化量，经过上述检测电路处理后获得输出电压和线圈阻抗的关系：
26、
27、其中e(t)为所述正弦激励信号，ure表示电压信号解耦后的实部，uim表示电压信号解耦后的虚部，除了e(t)之外，a，b，c，d均为常数，由信号转换模块的参数决定；
28、进一步地得到被测参量与环境温度和电压实部虚部ure，uim之间的关系：
29、
30、其中k1，k2，k3，k4为常系数，可通过后期实验标定获得，x0为被测参量的初始值，t0为被测环境温度的初始值，除正弦激励信号e(t)外，其他系数全部都为常数；
31、由此根据实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路输出的电压实部和虚部与环境温度和被测参量之间的线性关系，可同步计算环境温度和被测参量。
32、进一步地，被测参量为微米级位移或纳米级金属薄膜厚度。
33、有益效果：
34、本专利技术提供了实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路及检测方法，针对电涡流传感器件，提供信号处理算法及其检测电路，可实现双物理量—微米级位移-温度或者纳米级金属薄膜厚度-温度—的同步便捷检测。本专利技术将提升电涡流传感器件检测精度，面向微纳检测需求，可实现双参量同步检测，降低了多参量同步测量系统设计复杂性。
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1.实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，包括：激励模块，信号转换模块，特征分量解耦及输出模块和电源模块；
2.如权利要求1所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述激励模块包含信号发生器和电压跟随器；
3.如权利要求1所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述信号转换模块采用交流电桥形式，即包含参考线圈(3)，检测线圈(2)和两个采样电阻(4)；
4.如权利要求1～3所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述特征分量解耦模块包括差分放大器、等幅移相电路、第一乘法器、第二乘法器、第一低通滤波器、第二低通滤波器；
5.如权利要求1～4所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述输出模块包括第一后级放大器和第二后级放大器；
6.实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路的方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一所述的实现双参量同步检测的电涡流传感器检测电路对被测参量和环境温度双参量进行检测，具体方法为：
7.如权
...【技术特征摘要】
1.实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，包括：激励模块，信号转换模块，特征分量解耦及输出模块和电源模块；
2.如权利要求1所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述激励模块包含信号发生器和电压跟随器；
3.如权利要求1所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述信号转换模块采用交流电桥形式，即包含参考线圈(3)，检测线圈(2)和两个采样电阻(4)；
4.如权利要求1～3所述的实现双参量同步感知的电涡流传感器检测电路，其特征在于，所述特征分量解耦模块包括差分...
【专利技术属性】
技术研发人员：李弘恺，卢杏浩，张彤，李子函，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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