摘要：基于MAX1452設計電渦流傳感器電路，利用MAX1452多溫度點補償功能，對電渦流傳感器進行溫度補償，可使電渦流傳感器具有溫度誤差自動修正功能，改善電渦流傳感器的溫度特性。設計的電渦流傳感器在實際測試中性能穩定，溫度特性良好，對提升電渦流傳感器測量精度和溫度特性具有重要意義。

　　關鍵詞：電渦流;距離測量;MAX1452;溫度補償

　　傳統的電渦流傳感器普遍沒有溫度補償功能，通常溫度特性較差。即便進行了溫度補償，效果也很有限，只能通過放置一個與探頭線圈溫度特性相反的電感進行粗略補償，且補償溫度范圍很窄，無法取得良好的補償效果。為了提高電渦流傳感器的溫度特性，減小溫度對電渦流傳感器的影響。本文提出一種基于MAX1452的電渦流傳感器設計，在實現電渦流測量的同時，可以對電渦流傳感器進行溫度補償。本設計可以在(-40～125)°C范圍內對電渦流傳感器進行溫度補償，并可多個溫度點補償。在保證電渦流傳感器輸出性能的基礎上，改善了電渦流傳感器的溫度特性。MAX1452采用數字化補償方式，補償精度高，操作方便，可以實現傳感器的批量補償。

　　1電渦流傳感器結構和工作原理

　　如圖1所示，電渦流傳感器由探頭、電路板、外殼和線纜組成[1]。探頭內部是1個線圈，可等效為電感L。電路板包括振蕩電路、諧振電路、檢波電路、補償放大電路和濾波電路，其中諧振電容C與探頭線圈L組成LC諧振電路，其諧振頻率f為1/2πLC。外殼用于保護和固定內部元件，線纜用于傳感器供電和信號輸出。

　　電渦流傳感器采用非接觸式測量原理[2]，通常用于測量距離。圖2為電渦流傳感器工作原理，當金屬板置于探頭線圈附近，它們之間的間距為δ，線圈輸入交變電流i1時，便產生交變磁通量Φ1。金屬板在此交變磁場中會產生感應電流i2，這個電流在金屬板內是閉合的，所以稱之為“渦流”。這個渦電流也將產生交變磁場Φ2，與線圈的磁場變化方向相反，Φ2總是抵抗Φ1的變化，由于渦流磁場Φ2的作用使探頭線圈的等效阻抗發生變化。利用這種渦流效應，電渦流傳感器通過將距離變化轉換為阻抗變化來進行測量。

　　2電渦流傳感器溫度誤差分析

　　分析的電渦流傳感器基于調幅式原理，由振蕩電路、諧振電路和信號處理電路組成。其中諧振電路由探頭線圈[3]和諧振電容組成，是電渦流傳感器的敏感元件。由振蕩電路產生固定頻率的振蕩信號注入諧振電路，諧振電路構成的LC振蕩電路產生諧振。當被測距離發生變化時，探頭線圈的阻抗會發生變化，進而引起其端電壓發生變化，測量此端電壓便可間接測量距離。

　　如圖3所示，R為探頭線圈的等效電阻[4]，L為探頭線圈的等效電抗。當環境溫度發生變化時，探頭金屬導體的電導率會發生改變，探頭線圈也會因為熱脹冷縮而改變幾何尺寸。因此，環境溫度對探頭線圈的電阻和電抗都會產生影響。

　　R=R(T)(1)L=L(T，d)(2)

　　式中：T為環境溫度，d為待測距離。

　　當傳感器工作時，整個測量電路的工作頻率位于諧振頻率附近。當電路處于諧振狀態時，諧振回路的等效阻抗Z可以表示為：

　　Z≈Q02?R

　　式中：Q0為并聯諧振回路的品質因數。

　　當傳感器的環境溫度發生變化時，線圈電阻的變化量[5]為：

　　?R=?T?kR(5)諧振頻率下諧振回路等效

　　輸出阻抗的最大變化量為：?Z=Q02T??kR?(6)

　　當環境溫度發生變化時，諧振回路的等效阻抗發生變

　　化，引起探頭端電壓發生變化，引起傳感器輸出信號發生變化，產生溫度誤差。要提高傳感器的測量精度，必須采取措施對傳感器進行溫度補償[6]。

　　3基于MAX1452電渦流傳感器電路設計

　　電渦流傳感器的電路[7]基于MAX1452設計，由振蕩電路、諧振電路、檢波電路、補償放大電路和濾波電路組成，分別實現振蕩源信號、諧振振蕩、信號檢波、信號放大、溫度補償和信號濾波的功能。

　　3.1電源電路設計

　　電源電路對外部供電進行穩壓和濾波處理，可將電壓精確穩定至5V，為MAX1452電路供電。穩壓源選擇高精度電壓基準源LT1461-5，其電壓輸入范圍為(7～20)V，輸出電壓為5VDC±0.04%，溫度系數小于2×10-5/°C，工作溫度范圍為(-40～125)°C。在LT1461-5穩壓電路的輸入端和輸出端分別設計有低通濾波器和高頻濾波電容，可進一步對電源進行濾波處理，消除外界電磁干擾，提高電路的電磁兼容性。

　　3.2振蕩電路設計

　　振蕩電路的振蕩源使用MAX1452內部集成的1MHz振蕩器，該振蕩器振蕩頻率穩定，占空比為50%，帶載能力不小于1mA，可為探頭感應線圈提供穩定可靠的振蕩源信號。

　　諧振電路由感應線圈L1和諧振電容C7組成LC諧振器，振蕩頻率設計約為1MHz。當給LC諧振器施加震蕩源時，LC諧振器可等效為阻性元件。諧振器中的諧振電容C7為固定容值，那么當感應線圈L1的電感量發生變化時，整個LC諧振器的阻抗將發生變化。感應線圈的阻抗變化與金屬導體的電阻率ρ、磁導率μ、線圈與金屬導體之間的距離δ以及線圈激勵振蕩源頻率f有關，可用函數關系式Z=F(ρ、δ、μ、f)表示。

　　電渦流傳感器的電阻率ρ、磁導率μ、線圈振蕩源頻率f為固定值，則感應線圈的阻抗變為線圈與金屬導體之間的距離δ的單值函數。當線圈與金屬導體間的距離δ增大時，電渦流效應減弱，感應線圈的阻抗Z變小，諧振器電感L端電壓變小。那么就可以通過檢測電感L的端電壓實現間接測量探頭感應線圈與金屬導體之間距離的目的。

　　3.3檢波電路設計

　　諧振電路輸出的是交變電壓信號，需要經過檢波處理后才能被后續電路處理。檢波電路基于峰值檢測原理，由1個二極管和檢波電容組成。檢波電路的仿真如圖5所示，其中二極管選擇1N4148整流二極管，利于二極管的單向導電性，可將交流信號整形為正半周的直流信號。檢波電容則選擇小容值的陶瓷電容，該電容的端電壓為直流信號的峰值，可以實現對整形后直流信號的檢波功能。