李雙喜，鄭鳳菊，婁樹勇，王玉蓮

(安徽科技學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233100)

1 電渦流位移實(shí)驗(yàn)檢測電路存在的問題

圖1作為高頻反射式電渦流位移檢測電路，傳感器線圈中通過高頻電流而產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)反射體接近時(shí)，由于導(dǎo)體材料的電渦流效應(yīng)反作用產(chǎn)生渦流損耗，渦流損耗與導(dǎo)體和線圈的距離相關(guān)，因此實(shí)現(xiàn)微位移的檢測。

由于二極管的整流作用對傳感器輸出信號的損耗存在，因此一方面會直接對位移測量的結(jié)果帶來較大的誤差；同時(shí)當(dāng)傳感器輸出信號幅度小于二極管正向壓降時(shí)，輸出電路將無信號輸出，因此減小了傳感器的測量范圍。

圖1 電渦流位移傳感器檢測電路

2 無二極管精密整流電路的工作原理

大家知道，使用半導(dǎo)體二極管進(jìn)行整流，通常適用于處理大大超過二極管正向壓降的電壓信號，此時(shí)二極管的正向壓降對測量的精度影響比較??；而當(dāng)二極管的正向壓降超過所施加的電壓信號時(shí)，二極管整流輸出信號的精度將受到嚴(yán)重影響。圖2所示的精密無二極管整流電路將二極管整流與現(xiàn)代運(yùn)算放大器技術(shù)結(jié)合，可消除二極管的壓降影響，實(shí)現(xiàn)高精度小信號整流需要。由于現(xiàn)代運(yùn)算放大器能夠處理滿擺幅的輸入、輸出，因此圖2電路可以在無二極管的條件下，由單電源供電實(shí)現(xiàn)精密小信號全波整流[1]。

圖2 無二極管精密整流電路

2.1 工作原理分析

以下對圖2電路的工作原理進(jìn)行詳細(xì)具體工作原理分析：

LMC6482AIN是美國模擬器件公司生產(chǎn)的一款適用于，在運(yùn)算放大器滿足單電源工作且不具有反轉(zhuǎn)特性的條件下：

1) 當(dāng)VIN>0時(shí), 運(yùn)算放大器IC1A輸出電壓VHALF=1/2VIN,此時(shí)運(yùn)算放大器IC1B是構(gòu)成減法器使用，因此在圖示電路參數(shù)的作用下滿足輸出電壓VOUT=VIN，即單位增益的電壓跟隨器；

2) 當(dāng)VIN=0時(shí), 運(yùn)算放大器IC1A輸出電壓VHALF=0, IC1B作為反相器使用，輸出電壓VOUT=-VIN=0，即單位增益的電壓反相跟隨器；

3) 當(dāng)VIN<0時(shí), IC1A輸出電壓VHALF=0, 由于運(yùn)算放大器不具有反轉(zhuǎn)特性，此時(shí)IC1B構(gòu)成反相器，輸出電壓VOUT=-VIN，完成無損耗全波整流。

2.2 電路參數(shù)選擇

根據(jù)電路工作要求，在電路參數(shù)選取上需要滿足以下要求：

1)R3=R4=2R2.

2)R1=R5.

各電阻應(yīng)選擇低噪聲精密電阻，在考慮電阻的溫度系數(shù)以及噪聲系數(shù)的條件下，取：

R3=R4=2 k,R1=R5=1 k.

最重要的一點(diǎn)是：電路工作特性要求是當(dāng)輸入電壓超出負(fù)電源工作電壓時(shí)，放大器的輸出一定不能夠相位反轉(zhuǎn)，滿足該條件的現(xiàn)代運(yùn)算放大器即適用于該電路設(shè)計(jì)。此處選用美國模擬器件公司的LMC6482芯片是通用的一種設(shè)計(jì)芯片，根據(jù)需要可以選擇其它類型的芯片進(jìn)行工作。

2.3 實(shí)測波形

將該電路應(yīng)用于實(shí)際，各點(diǎn)實(shí)測波形如下：

圖3 無二極管精密整流電路信號實(shí)測波形

3 精密整流電路在位移檢測中的應(yīng)用

據(jù)此將所設(shè)計(jì)的圖2所示精密無二極管整流電路替代圖1中的二極管半波整流電路，能夠有效改善實(shí)驗(yàn)測量的精度和線性范圍[2]。所設(shè)計(jì)的無二極管整流電渦流位移傳感器檢測實(shí)驗(yàn)電路如圖4所示。

圖4 改進(jìn)型電渦流位移傳感器檢測電路

通過實(shí)際測量，得到如下實(shí)測數(shù)據(jù)分析：

圖5 全程實(shí)測數(shù)據(jù)

圖6 線性區(qū)域數(shù)據(jù)處理

通過Matlab工具對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不難看出改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)電路的實(shí)驗(yàn)效果得到明顯改善，位移的測量精度得到有效提高。加強(qiáng)了對傳感器檢測電路的作用的認(rèn)識與體會，同時(shí)可以獲得如何從傳感器測試數(shù)據(jù)中獲取信號轉(zhuǎn)換規(guī)律的基本方法。