中低速磁悬浮列车电涡流间隙传感器设计.pdf

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1、2010年仪表技术与传感器2010第1期InstrumentTechniqueandSensorNo．1中低速磁悬浮列车电涡流间隙传感器设计张刘泽，吴峻(国防科学技术大学机电工程与自动化学院，湖南长沙410073)摘要：针对中低速磁悬浮列车上使用的电涡流间隙传感器存在的问题，采用ADUC841和FPGA相结合的方式，设计了一种新型的电涡流间隙传感器。FPGA作为频率信号源，实现RS一485接13'功能，模拟开关和低通滤波进行同步解调，改进检测线圈，增强抗干扰性。通过实验达到预期效果，验证了方法的可行性和有效性

2、。关键词：FPGA；间隙传感器；线圈形状；模拟开关中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)O1—0001—03DesignofEddyCurrentSensorforLow·speedMaglevVehicleZHANGLiu—ze．WUJun(SchoolofMechanicalandElectricEngineering&Automation，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，China)Abstr

3、act：ThispaperdesignedaDeweddycurrentsensorbasedonADUC841andFPGAprobefornon—contacttestingongapdetectabilityaimedatimprovingtheproblemofexistingsensorinthelow—speedmaglevvehicle．FPGAregardsasawaveformgen—eratorandrealizesRS-485communicationinterfaceconversio

4、n，analogswitchwasselectedinordertosynchronouslydemodulateandoptimizecoilshapetoadvancestability．TheexperimentalresultsarepresentedtOdemonstratethefeasibilityandeficiencyofthemethod．Keywords：FPGA；gapsensor；coilshape；analogswitch0引言工作原理如图1所示。中低速磁悬浮列车正常运行时悬浮间隙

5、为10mm左右，为●了保证车体能正常稳定运行，间隙测量单元必须在任何条件下，都能为悬浮控制系统提供可靠、实时的间隙信息，因此间隙传感器在悬浮控制系统中占据着重要地位。由于中低速磁悬浮列车问隙测量要求的特殊性，其悬浮间隙通常采用电涡流间隙传感器实现非接触测量。目前采用的电涡流传感器是基于ADMCAO1设计的，利用其内部集成的DSP内核、A／D、串行口等，实现了非线性补偿、动态特性调整、温度补偿等功能，检测线圈频率由锁相频率合成单元得到。现有的传感器虽然性能比较完善，但是结构复杂、集成度低、成本高，尤其是锁相频率

6、合成单元中的拨码开关图1电涡流传感器基本原理需要手动设定频率，不利于系统的稳定可靠，同时由于采用矩在线圈1中通人高频电流，。，在其周围产生交变磁场，形线圈作为检测线圈，无法避免外界杂散磁场的影响，而易引当线圈靠近被测导体时，导体中会产生与此磁场相交链的电涡入干扰。流，2，此涡流产生一个交变磁场，来阻碍日。的变化。由于针对传感器存在的上述问题，利用ADUC841和FPGA设计的反作用，线圈的电感量将会发生变化。了一种新型的传感器，可以简化结构，降低成本，提高系统的整根据电磁场理论，变化后线圈的等效电感为体性能。

7、2-r，1工作原理及器件介绍L：，J．一—iL，(1)+(2)1．1电涡流测量原理式中：．为不计涡流效应仅考虑静磁效应时线圈的电感；为电涡流传感器基于线圈和金属导体之间电涡流效应进行线圈的角频率；L为金属导体中的涡流电感；为线圈与导体测量，根据激励频率的高低，电涡流传感器主要分为高频反射涡流间的互感系数；为金属导体的电阻。和低频透射2类J。文中采用的是高频反射式涡流传感器，其由式(1)可得，当金属导体的电阻率P、磁导率线圈激磁频率tO保持不变时，线圈等效电感与间隙一一对应，由此收稿日期：2009—02—09收

8、修改稿日期：2009—08—25达到测量间隙的目的。2InstrumentTechniqueandSensorJan．20101．2ADUC841的结构介绍ADUC841是以8052为内核的高性能微处理器，其时钟频率最高可达20MHz，与传统DSP相比，具有体积小、结构紧凑，能有效提高系统集成度的优点。在每个ADUC841芯片内集成了8路高性能的自校准多通道l2位ADC，存储器包含62KB的程序存储