本發(fā)明涉及傳感器檢測與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電感調(diào)頻式位移傳感器線性化與溫度漂移校正方法及實現(xiàn)裝置，用于與電感調(diào)頻式位移傳感器搭配使用，提高傳感器的精度與穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

電感調(diào)頻式位移傳感器廣泛用于建筑、大型機械運動部分位置的測量。測量原理是在被測量部分的帶動下，傳感器內(nèi)部鐵芯插入電磁線圈的深淺發(fā)生變化，從而產(chǎn)生于位移量相關(guān)的某一頻率的電磁振蕩，這一震蕩經(jīng)整流后轉(zhuǎn)化為同頻率的方波輸出。由于該型位移傳感器輸出方波的頻率與所測量的位移量呈非線性關(guān)系，同時傳感器在不同溫度下的溫度漂移較為嚴重，因此導致實際應用中該型位移測量精度有待提高。對于該類型的位移傳感器，工業(yè)上常用的是通過硬件電路對傳感器輸出頻率的非線性特性進行校正，而對于溫度漂移對傳感器測量精度的影響，則只對常用工作溫度(如25℃)進行硬件修正，這在一定程度上緩解了傳感器非線性特性對位移測量精度的影響，但對于非設(shè)計溫度，溫度漂移依然對位移測量精度有著很大影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種電感調(diào)頻式位移傳感器線性化與溫度漂移校正方法及實現(xiàn)裝置，利用外置單片機實現(xiàn)，使傳感器校正后的輸出頻率正比于位移變化量，同時對傳感器全部工作范圍內(nèi)的溫度漂移進行補償，提高不同溫度下的位移測量精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種電感調(diào)頻式位移傳感器線性化與溫度漂移校正方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立校正模型為：

Length＝(z0+A01*Temp1+B01*Frequency+B02*Frequency*Frequency+C02*Temp1*Frequency)/(1+A1*Temp1+B1*Frequency+A2*Temp1*Temp1+B2*Frequency*Frequen cy+C2*Temp1*Frequency)

其中：z0，A01，B01，B02，C02，A1，B1，A2，B2，C2為模型參數(shù)，Temp1為溫度，F(xiàn)requency為電感調(diào)頻式位移傳感器的輸出頻率，Length為位移；

步驟2：在電感調(diào)頻式位移傳感器的適用溫度范圍內(nèi)選擇10個溫度值，在電感調(diào)頻式位移傳感器的工作范圍內(nèi)選擇10個位移值，組成10組溫度-位移數(shù)據(jù)；精確測量電感調(diào)頻式位移傳感器在每組溫度-位移數(shù)據(jù)下的輸出頻率值；得到10組溫度-位移-頻率數(shù)據(jù)；

步驟3：將10組溫度-位移-頻率數(shù)據(jù)代入步驟1建立的校正模型，解算出10個模型參數(shù)，得到對應該電感調(diào)頻式位移傳感器個體的校正模型。

所述一種電感調(diào)頻式位移傳感器線性化與溫度漂移校正實現(xiàn)裝置，其特征在于：包括解算模塊和溫度采集模塊；電感調(diào)頻式位移傳感器個體輸出頻率值至解算模塊，溫度采集模塊輸出溫度值至解算模塊，解算模塊中具有對應該電感調(diào)頻式位移傳感器個體的校正模型，并依據(jù)輸入的頻率和溫度，解算得到電感調(diào)頻式位移傳感器的位移數(shù)據(jù)。

有益效果

本發(fā)明利用外加解算模塊(單片機)，對電感調(diào)頻式位移傳感器進行軟件校正，既修正了輸出頻率隨位移的非線性變化趨勢，同時也避免了溫度漂移對傳感器測量精度的影響，而且校正系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、不改變原有傳感器結(jié)構(gòu)和輸出信號類型，易于生產(chǎn)和對已有該型傳感器進行改進。根據(jù)實測數(shù)據(jù)該方法可將該系列電頻式位移傳感器的溫度漂移誤差控制在0.05mm，且達到完全線性化。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為電感調(diào)頻式位移傳感器校正裝置溫度、頻率采集原理圖；

圖2為電感調(diào)頻式位移傳感器校正裝置位移輸出原理圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

電感調(diào)頻式位移傳感器輸出方波的頻率與所測量的位移量呈非線性關(guān)系，同時傳感器在不同溫度下存在溫度漂移，目前主要的解決方案是通過硬件電路對傳感器輸出頻率的非線性特性進行校正，而對于溫度漂移對傳感器測量精度的影響，則只對常用工作溫度(如25℃)進行硬件修正，這就存在對于非設(shè)計溫度，溫度漂移依然對位移測量精度有著很大影響的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種電感調(diào)頻式位移傳感器線性化與溫度漂移校正方法及其實現(xiàn)裝置，既能夠提高該型傳感器的測量精度，同時還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于生產(chǎn)的特點；此外，經(jīng)過軟件校正后，傳感器輸出頻率的變化范圍與原傳感器保持一致，方便了對現(xiàn)有用戶的升級改造。

申請人在進行研究分析過程中，首先分析了電感調(diào)頻式位移傳感器輸出頻率隨位移量和環(huán)境溫度的變化關(guān)系。以某型適用溫度范圍為-10℃到60℃，工作范圍為0mm到50mm的電感調(diào)頻式位移傳感器為例，在恒溫箱中利用高度尺和示波器，精確測量了該型傳感器在不同溫度(-10℃到60℃間每隔5℃設(shè)一個測點)和位移(0mm到50mm每隔5mm設(shè)一個測點)下的輸出頻率值，如表1所示：

表1

將位移Length定義為以頻率Frequency和溫度Temperature為自變量的函數(shù)，即Length＝f(Frequency,Temperature)

其中f代表某種校正方法。

電感調(diào)頻式位移傳感器的測量原理是在被測量部分的帶動下，傳感器內(nèi)部鐵芯插入電磁線圈的深淺發(fā)生變化，從而產(chǎn)生于位移量相關(guān)的某一頻率的電磁振蕩，這一震蕩經(jīng)整流后轉(zhuǎn)化為同頻率的方波輸出。由于電感調(diào)頻式位移傳感器輸出方波的頻率與所測量的位移量呈非線性關(guān)系，同時傳感器在不同溫度下的溫飄較為嚴重，因此導致實際應用中該型位移測量精度有待提高。典型的電感調(diào)頻式位移傳感器腔體采用封閉式，具有環(huán)形線圈，且溫度的影響主要是作用給線圈的熱脹冷縮，導致輸出頻率變化很大?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)分析，并通過Matlab、Origin等軟件對已采集的傳感器數(shù)據(jù)(如表1)進行數(shù)學分析，得出位移隨頻率和溫度的變化規(guī)律，再通過數(shù)據(jù)擬合和插值等方法，得到最終滿足精度要求的校正模型：

Length＝(z0+A01*Temp1+B01*Frequency+B02*Frequency*Frequency+C02*Temp1*Frequency)/(1+A1*Temp1+B1*Frequency+A2*Temp1*Temp1+B2*Frequency*Frequen cy+C2*Temp1*Frequency)

其中：z0，A01，B01，B02，C02，A1，B1，A2，B2，C2為模型參數(shù)，Temp1為溫度，F(xiàn)requency為電感調(diào)頻式位移傳感器的輸出頻率，Length為位移。

于是根據(jù)電感調(diào)頻式位移傳感器實驗室測量數(shù)據(jù)，及傳感器狀態(tài)結(jié)構(gòu)理論分析的模型建立階段完畢。

基于上述原理，利用校正模型，下面就對每個電感調(diào)頻式位移傳感器單體建立適應其自身的個性化模型。

在電感調(diào)頻式位移傳感器的適用溫度范圍內(nèi)選擇10個溫度值，在電感調(diào)頻式位移傳感器的工作范圍內(nèi)選擇10個位移值，組成10組溫度-位移數(shù)據(jù)；精確測量電感調(diào)頻式位移傳感器在每組溫度-位移數(shù)據(jù)下的輸出頻率值；得到10組溫度-位移-頻率數(shù)據(jù)。

將10組溫度-位移-頻率數(shù)據(jù)代入建立的校正模型，解算出10個模型參數(shù)，得到對應該電感調(diào)頻式位移傳感器個體的個性化校正模型。

接下來就可以采用得到的個性化校正模型建立對應該電感調(diào)頻式位移傳感器的校正實現(xiàn)裝置：

校正實現(xiàn)裝置包括解算模塊和溫度采集模塊。這里采用52單片機作為解算模塊，在52單片機中拷入該電感調(diào)頻式位移傳感器個體的個性化校正模型。電感調(diào)頻式位移傳感器個體輸出頻率值至52單片機，溫度采集模塊輸出溫度值至52單片機；52單片機依據(jù)輸入的頻率和溫度，利用個性化校正模型解算得到電感調(diào)頻式位移傳感器的位移數(shù)據(jù)，并輸出到數(shù)碼管或數(shù)字信號輸出。

52單片機輸出的位移長度數(shù)據(jù)Length輸出到數(shù)碼管顯示，或利用方波發(fā)生器轉(zhuǎn)化成修正頻率輸出。還以某型適用溫度范圍為-10℃到60℃，工作范圍為0mm到50mm的電感調(diào)頻式位移傳感器為例，0mm位移對應10000Hz頻率，50mm位移對應20000Hz頻率，則修正頻率Frequency’＝10000+Length*10000/50。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。