高精度电涡流传感器的标定研究
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摘要：線性度是传感器静态特性的一个重要指标，为减小电涡流传感器的非线性误差，提高其测量精度，对电涡流传感器的输出结果进行标定。给出了电涡流传感器输出电压与探头线圈和被测金属导体之间距离的关系式，在满足的±0.5mm量程，分辨率达到万分之一的前提下，分别采用直线拟合法和曲线拟合法对电涡流传感器进行标定。实验结果表明，利用曲线拟合采用3阶多项式拟合要比直线拟合法线性误差更小，非线性误差由17.19%降到0.7%。
关键词：精度；电涡流传感器；标定；曲线拟合法
中图分类号：TH711 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）01-0080-02
0 引言
目前对非线性补偿问题的解决方法主要有硬件补偿和软件补偿两种方法。前者是在传感器的输出端设置补偿电路来实现非线性补偿功能，但是其电路通常较为复杂且精度比较低，同时在当前的微机化的趋势下，硬件电路补偿逐渐被软件补偿所替代。软件补偿时通过有函数补偿和算法补偿来有效减少信号中的非线性失真，从而提高传感器的精度。目前常用的补偿算法有BP神经网络、RBP神经网络等。函数补偿法通常需要对传感器的输出特性比较清楚的前提下使用，而算法补偿则不需要事先推导关系式，但是神经网络算法本身比较复杂，所以软件处理方法需要根据工作环境而定。
鉴上述，通过对电涡流传感器输入输出关系进行推导，运用函数拟合的方法对电涡流传感器进行非线性校正，计算过程简单且精度满足工业要求，为电涡流传感器的标定提供了一种行之有效的方法。
1 电涡流传感器测距原理
设图1中线圈的电阻为R1，电感值为L1，则其阻抗为Z=R1+jwL1；其短路电路的电阻值为R2，电感值L2；线圈与短路环之间的互感系数为M。M的值随它们之间的距离d的减小而增大。加在线圈两端的激励电压为U。根据基尔霍夫定律，可以列出电压平衡方程组。
3 结语
通过运用直线拟合和曲线拟合分别对电涡流传感器进行非线性校正，其中直线拟合的非线性误差分别为17.19%、10.99%。曲线拟合的非线性误差为0.7%。有结果可以看出，曲线拟合的结果比较好，采用曲线拟合使电涡流传感器的输出精度显著提高，曲线拟合法运用3阶多项式来逼近，只需通过Matlab计算得出拟合曲线系数，再将表达式写入到微处理即可。由此可见，对电涡流传感器的标定应该采用曲线拟合法，其非线性误差可以从17.19%降到0.7%。
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Abstract：Linearity is an important indicator of the static characteristics of a sensor. In order to restrain the nonlinear error and to improve the accuracy， calibration of precision eddy current sensor is studied. The relationship between the output voltage of the eddy current sensor and the distance from the probe coil to the measured metal conductor is inferred. In the case that the range is ±0.5mm and resolution reaches one ten thousandth， the precision eddy current sensor is calibrated respectively through Straight line fitting method and Curve fitting method. Experimental results show that， the Curve fitting method is better than the Straight line fitting method， and the nonlinear error is improved from 17.19% to 0.7%.
Key words：accuracy； eddy current sensor； calibration； least square method
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