高动态电涡流位移传感器温度实时补偿算法-精品文档资料
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电涡流传感器位移实验(材质Fe)
线性区:
量程1mm时
灵敏度K=3.0986
非线性误差δ=18.6%
量程为3mm时
灵敏度K=2.5524
非线性误差δ=12.9%
量程为5mm时
灵敏度K=1.8187
非线性误差δ=18.3%
分析:在电涡流传感器位移实验中
最佳工作点应在0.8mm-4.2mm之间
在不同量程下,量程为3mm的趋势线拟合程度最好,非线性误差最小
量程为1mm的灵敏度最高,拟合程度最差,非线性误差最大
光线传感器位移特性实验(材质Al)
坡前
灵敏度K=1.103
非线性误差δ=16.0%
坡后
灵敏度K=0.4247
非线性误差δ=16.9%
分析:有图象有,坡顶坐标为(1.2,1.1)
坡前的灵敏度大于坡后的灵敏度,且非线性误差小于坡后的
核磁共振
#1硫酸铜 #2氯化铁 #4丙三醇
#5 纯水 #6硫酸锰
实验数据
分析:。
基于温漂补偿的高温电涡流位移传感器
吕云腾;祝长生
【期刊名称】《浙江大学学报(工学版)》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】介绍能够工作于20~500℃高温环境下的电涡流位移传感器。
通过对传
感器探头材料的选择与结构的改进,使传感器探头能够适应环境温度的剧烈变化;利用恒频调幅电路与峰值检测电路,完成位移信号至电压信号的基本转换;通过在传感器输出级加入温度补偿电路,分别针对灵敏度与电压基值进行补偿,实现了对温度影响的有效抑制。
在设计的实验硬件系统中对传感器的输出特性进行测量,实验结果验证了该电涡流位移传感器在20~500℃的温度环境内具有良好的灵敏度
与线性度,并且具有有效的温漂抑制特性。
【总页数】6页(P749-753,781)
【作者】吕云腾;祝长生
【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310000;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310000
【正文语种】中文
【中图分类】TP212;TP391
【相关文献】
1.具有温漂补偿功能的电涡流传感器Z/V变换器 [J], 冯荣耀
2.实现温漂补偿的调频式电涡流传感器探头设计 [J], 曲昀卿;李英辉;郭增欣
3.线圈材料对电涡流传感器温漂特性影响研究 [J], 司倩倩;董力群;张连凯
4.电涡流传感器线圈充磁介质对抑制温漂及测量性能的影响 [J], 王琴妹;潘再平
5.电涡流传感器温漂的综合补偿 [J], 杜保强;叶会英
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仪表与自动化装置D01:10.19557/ki.l001-9944.2021.03.013基于GA-BP的电涡&传感)*重糸统的温012刘燕琼,卢文科,左锋,丁勇(东华大学信息科学与技术学院,上海201620)摘要:针对电涡流传感器在称重系统中的温度漂移问题,该文提出了基于遗传算法优化!P神经网络(GA-BP)算法对电涡流传感器进行温度补偿修正模型$通过对电涡流传感器做标定试验,并且利用LM35温度传感器监测其工作温度,建立GA-BP神经网络模型$该模型用遗传算法对BP神经网络的权、阈值进行全局的优化,克服了易陷入局部最优的缺陷$研究结果表明,补偿后的零位温度系数由2.723x io"3/#提高到l.ogg x iov c,灵敏度温度系数由2.956x i0"3/$提高到6.877x i0-4/$,均提高了2个数量级,满量程的相对误差由8.43%提高到1.93%,提高了1个数量级$成功实现了温度补偿的目的$关键词:电涡流传感器;温度补偿;遗传算法;优化BP神经网络算法;灵敏度温度系数中图分类号:TP212文献标志码:A文章编号:1001-9944(2021)03-0055-05Temperature Compensation of Eddy Current Sensor Weighing System Based on GA#BPLIU Yan-qiong,LU Wen-ke,ZU0Feng,DING Yong(School of Information Science and Technology,Donghua University,Shanghai201620,China)Abstract:Aiming at the problem of temperature drift of eddy current sensor in weighing system, In this paper,a model of temperature compensation and correction for eddy current sensor based on Genetic Algorithm Optimized BP neural network(GA-BP)is proposed.Through the calibration test of eddy current sensor, and using LM35temperature sensor to monitor its working temperature, the GA-BP neural network model is established.The model uses genetic algorithm to optimize the weight and threshold of BP neural network globally,which overcomes the defect of easily falling into local optimum.The results show that the zero temperature coefficient is increased from 2.723x10-3/#to 1.099x10^/$and the sensitivity temperature coefficient is increased from 2.956x10-3/$to 6.877x10^/$,both of which are improved by one orders of magnitude.The relative error of full scale is increased from8.43%to 1.93%. The purpose of temperature compensation is realized successfully.Key words: eddy current sensor;temperature compensation;genetic algorithm;optimized BP neural network algorithm;sensitivity temperature coefficient电涡流传感器是利用电涡流效应,将非电量转换成阻抗的变化而进行测量的一种传感器。
电涡流传感器的温度补偿电涡流传感器是一种常见的非接触式位移传感器,它可以通过测量金属部件表面上的涡流信号,来精确地测量位移和震动等物理参数。
但是这种传感器的测量精度受到温度的影响较大,因此需要进行温度补偿,以提高测量精度。
本文将探讨电涡流传感器的温度补偿方法及其工作原理。
一、电涡流传感器的工作原理电涡流传感器基于涡流法测量物理量,即当一个金属部件受到外力作用时,其表面将产生涡流,涡流的频率和振幅与金属部件的受力情况和位移量有关。
传感器通过探头测量金属表面涡流信号,并通过处理电路将其转化成电信号输出,从而实现对物理量的测量。
但是,由于涡流频率和振幅会受到温度的影响而发生变化,因此电涡流传感器的测量精度也会受到温度的影响。
为了消除温度对测量精度的影响,电涡流传感器需要进行温度补偿。
温度补偿的目标是在不改变外部环境条件的情况下,消除温度对传感器输出的影响,以提高测量精度。
1. 温度补偿电路温度补偿电路是将传感器的输出电信号与温度传感器的输出电信号进行比较,从而得出温度对涡流信号的影响。
这个影响值可以通过专门的计算方法,将其转换为一个温度补偿电信号,然后将其加到测量输出信号上,以实现温度补偿。
2. 多重参数模型多重参数模型是将涡流传感器输出信号与温度、压力、湿度等多个环境参数进行联合建模,从而得出一个可以预测输出信号的模型。
在实际应用中,可以预先将多重参数模型输入到控制系统中,并根据实际情况实时修正,以实现实时的温度补偿。
三、温度补偿的注意事项1. 温度补偿需要在实际应用环境中进行,因为温度补偿电路和多重参数模型的效果都是根据实际环境条件获得的。
2. 温度补偿还需要考虑时间延迟和噪声影响等因素,因为实际应用环境中的环境条件并非完全稳定。
3. 温度补偿需要根据具体的传感器型号和技术参数进行,不同型号的传感器温度补偿方法可能略有不同。
总结:电涡流传感器是一种抗干扰性强、可靠性高,可用于测量多种物理量的传感器。
高动态电涡流位移传感器温度实时补偿算法作者:李昌周松斌韩威来源:《现代电子技术》2018年第05期摘要:电涡流位移传感器在测量不同位移时有不同的温度灵敏度系数。
单一的曲线拟合方法无法实现全量程的温度补偿。
在温箱中收集多个指定位移处线圈电压的温飘数据,并拟合成曲线,根据这些曲线和传感器内线圈的温度可得到指定位移处线圈电压。
用最小二乘法拟合指定位移和线圈电压得到一个多项式方程。
把线圈电压值代入该方程可得到与温度无关的位移量,实现温度补偿。
采用DMA中断和后台程序相结合的方法,使得传感器具有高动态响应。
关键词:电涡流位移传感器;温度补偿;最小二乘法;在线拟合;高动态响应; DMA 中断中圖分类号: TN911.1⁃34; TP212 文献标识码: A 文章编号: 1004⁃373X(2018)05⁃0132⁃04Abstract: The eddy current displacement sensor has different temperature sensitivity coefficients for differ ent displacement measurements. The single curve fitting method can′t realize the temperature compensation in measuring range. The temperature drift data of the coil voltage at multiple specified displacements was collected in temperature box, and fitted for curves. According to the curves and temperature of the coil inside the sensor, the coil voltage of the specified displacement can be obtained. The least square method is used to fit the specified displacement and coil voltage to obtain a polynomial equation. The coil voltage is substituted into the equation to obtain a displacement independent of temperature, and realize the temperature compensation. The sensor has high dynamic response by using the method combining DMA interrupt and background program.Keywords: eddy current displacement sensor; temperature compensation; least square method; online fitting; high dynamic response; DMA interrupt电涡流位移传感器可用于非接触式测量流水线上饮料罐的高度,易拉罐在检测时温度较高[1],这就要求传感器的温漂小,才能准确测量。
传感器课程设计电涡流位移传感器设计技术要求:1、量程: 0~20mm2、精度: 1mm3、激励频次: 1M Hz4、输入电压: 24V5、介质温度 : -50 ℃~ 250℃6、表面的粗糟度μ m~μ m7、线性偏差:<± 2%8、工作温度:探头( -20 ~120)℃,延伸电缆( -20 ~120)℃,前置器( -30 ~50)℃9、频次响应: 0~5KHz一、整体设计方案电涡流传感器能静态和动向地非接触、高线性度、高分辨力地丈量被测金属导体距探头表面的距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能正确丈量被测体(一定是金属导体)与探头端面之间静态和动向的相对位移变化。
电涡流传感器以其长久工作靠谱性好、丈量范围宽、敏捷度高、分辨率高、响应速度快、抗扰乱力强、不受油污等介质的影响、构造简单等长处。
依据下边的构成框图,构成传感器。
依据构成框图,详细说明各个构成部分的资料:(1)敏感元件:传感器探头线圈是经过与被测导体之间的互相作用,进而产生被测信号的部分,它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成,线圈框架的资料是聚四氟乙烯,其顺耗小,电性能好,热膨胀系数小。
(2)传感元件 : 前置器是一个能障蔽外界扰乱信号的金属盒子,丈量电路完整装在前置器中,并用环氧树脂灌封。
(3)丈量电路:本电路拟采纳晶体振子及其外头电路来产生振荡。
同时考虑到当采纳晶体振子构成正弦波振荡电路时,有众多的模拟因素需要办理。
如电路常数确实定,工作点的设定和负载阻抗的采纳等。
所以本电路将采纳由COMS反向器与晶体振子构成的最简单且稳固性高的电路,来产生频次为 1M的方波信号源。
二、电涡流传感器的基根源理2.1 电涡流传感器工作原理依据法拉第电磁感觉定律,当传感器探头线圈通以正弦交变电流 i 1时,线圈四周空间必定产生正弦交变磁场 H1,它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感觉电流,即电涡流,如图 2-2 中所示。
专利名称:一种温度传感器动态温度测量的自动补偿方法专利类型:发明专利
发明人:孙泽辉,李国丽,王群京
申请号:CN202010916407.4
申请日:20200903
公开号:CN112013978B
公开日:
20220408
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种温度传感器动态温度实时测量的自动补偿方法。
本发明从传热学理论出发,建立了薄膜型热电阻测温计(RTD)与所测结构的瞬时热交换模型。
该模型综合考虑RTD动态响应滞后的主要因素,可以求解出薄膜型RTD对所测物体动态温度响应的时间常数。
在此基础上,建立了薄膜型RTD对动态温度响应滞后自动补偿算法。
该自动补偿算法仅仅根据当前几个时刻的薄膜型RTD 的读数温度,计算出所测温度的当前值。
因此,该算法只存在局部误差,不存在累积误差,不会发生误差累积导致结果发散的情况。
更重要的是,由理论计算得到的薄膜型RTD安装结构的时间常数,与实际值相比,可能存在着不可确定的误差,而本算法可以自动校正由时间常数值的不确定性引起的误差。
申请人:安徽大学
地址:230601 安徽省合肥市经济技术开发区九龙路111号
国籍:CN
代理机构:北京科迪生专利代理有限责任公司
代理人:杨学明
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2008年 第7期仪表技术与传感器I nstru ment Technique and Sens or 2008 No 17 收稿日期:2007-07-10 收修改稿日期:2008-02-07具有温漂补偿功能的电涡流传感器Z /V 变换器冯荣耀(郑州大学教育技术中心,河南郑州 450052) 摘要:针对研制液态铝的液位测量系统,基于电涡流效应,设计了一种具有温漂补偿功能的电涡流传感器Z/V 变送器,实现了传感器的差动输出。
实际测试结果表明,该变送器的温漂补偿精度可达0189%,能够满足实际工程的需要。
关键词:电涡流;温度漂移补偿;Z/V 变送器;补偿精度中图分类号:T M401 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2008)07-0086-02Z /V Convertor for Eddy Curren t Sen sor Prov i dedCom pen s a ti on of Te m pera ture D r i ftFE NG Rong 2yao(Cen ter of Educa ti on Techn i ca l,Zhengzhou Un i versity,Zhengzhou 450052,Ch i n a)Abstract:This paper designed a Z/V convert or f or eddy current sens or,where the measure syste m of liquid state alu m inous was devel oped,the convert or can p r ovide the co mpensati on of te mperature drift .The p recisi on of co mpensati on is sho wed by the ex peri 2ment result,it is superi or t o that of co mmon method in evidence .And the convert or can meet the require ment of p ractical p r oject .Key words:eddy current;te mperature drift compensati on;Z/V convert or;compensati on p recisi on 0 引言电涡流传感器以其灵敏度高、动态响应快和测量的非接触性等优点,常用来检测机械位移、振幅、以及材料的物理参数等,但电涡流传感器容易受到温度的影响,特别是高温区存在着严重的测量误差,使其应用受到很大的限制,因此,在实际应用时必须对温度漂移进行补偿[1-2]。
高动态电涡流位移传感器温度实时补偿算法: The eddy current displacement sensor has different temperature sensitivity coefficients for different displacement measurements. The single curve fitting method can′t realize the temperature compensation in measuring range. The temperature drift data of the coil voltage at multiple specified displacements was collected in temperature box, and fitted for curves. According to the curves and temperature of the coil inside the sensor, the coil voltage of the specified displacement can be obtained. The least square method is used to fit the specified displacement and coil voltage to obtain a polynomial equation. The coil voltage is substituted into the equation to obtain a displacement independent of temperature, and realize the temperature compensation. The sensor has high dynamic response by using the method combining DMA interrupt and background program.Keywords: eddy current displacement sensor;temperature compensation; least square method; online fitting; high dynamic response; DMA interrupt 电涡流位移传感器可用于非接触式测量流水线上饮料罐的高度,易拉罐在检测时温度较高[1],这就要求传感器的温漂小,才能准确测量。
同时流水线的速度较快,要求传感器具有较高的动态响应。
为了实现这两个要求,本文提出一种温度实时补偿方法。
1 系统硬件结构电涡流位移传感器在硬件结构上包含线圈、温度传感器、电源电路、信号调理电路、采样电路、DSP、模数转换电路[2]。
其硬件结构框图如图1所示。
信号由调理电路产生,通过一个电阻加载到线圈。
线圈在接近金属表面时产生涡流损耗。
涡流损耗的大小决定了线圈两端电压的大小。
通过测量线圈两端信号的幅度来测量线圈到金属面的距离[3]。
DSP通过采样电路获取线圈信号幅度和线圈温度。
根据线圈信号的幅度和线圈温度,使用温度补偿算法得到与温度无关的位移值,最后位移值通过数模转换电路输出。
2 温度补偿算法温度补偿的基本过程是用温箱获取传感器在多个指定位移处温度与线圈电压的特性曲线(简称温度特性曲线),并保存在DSP中。
在传感器内,DSP获取线圈温度,根据已知的温度特性曲线可以得到多个指定位移处线圈的电压值。
但线圈电压值一般会落在这些已知值之间,需要用曲线拟合的方法得到电压位移曲线。
当温度变化时,指定位移处的线圈电压值发生改变,对应的电压位移曲线也随之改变。
需要用在线拟合的方法根据当前温度及温度特性曲线实时拟合线圈电压与位移之间的转移曲线。
2.1 温度特性曲线的获取当传感器硬件系统已完成并编写好采样程序后,DSP可以通过串口打印当前的温度值和线圈电压幅度值。
这些值可以不用单位,用采样值即可。
在传感器的量程范围内选取几个指定位移点。
对每个位移点都做温度特性测试[4]。
测试方法是:首先把测试装置放入温箱中,把位移调整到一个指定位移点,上位机接收并记录DSP串口打印的温度值和线圈信号幅度值;然后升温到最大值,达到最大温度后,把温箱温度调到传感器工作温度范围的最小值。
用这个测试方法记录了温度从低到高、从高到低变化过程中线圈温度与幅度数据。
用这组数据作图,可以看出在指定位移处温度与幅度之间的关系。
升温和降温曲线不完全重合。
主要原因是线圈骨架选择不当,被测金属面和线圈、探头金属外壳和线圈之间存在温度滞后的现象。
因为降温过程比较缓慢、温度滞后现象不明显,取降温过程的数据做曲线拟合,可得到在指定位移处的温度特性曲线方程[5?7]。
在不同的指定位移处进行测试可得到每个位移处的温度特性曲线方程。
需要注意的是,使用拟合工具得到的方程与采集数据存在偏差,需要修正。
2.2 用最小二乘法拟合幅度位移转移曲线由温度传感器得到当前的温度值,并代入温度特性曲线方程。
可得到当前温度下指定位移的对应线圈电压幅度值。
这些位移和线圈电压可以构成一组坐标。
根据这组坐标,使用最小二乘法作多项式拟合[8?9]。
具体方法为通过求解正则方程来求解多项式系数。
根据坐标可得正则方程为:式中:为坐标的个数;为坐标组坐标;为多项式系数。
用高斯消元法解正则方程,得到幅度位移拟合多项式:采集测量到的线圈电压,代入拟合曲线,可得到与温度无关的位移3 嵌入式温度实时补偿当温度变化时,根据温度特性曲线产生的坐标组随着变化,需要重新拟合幅度位移曲线。
随着温度变化不断更新幅度位移曲线的工作在DSP中执行,采用中断程序和后台程序并行的方法。
在DMA中断程序中采集线圈电压和当前温度,将当前温度发送到后台程序做最小二乘法的曲线拟合,拟合得到的多项式系数发送到DMA中断程序,采集线圈电压,代入幅度位移多项式,得到经过温度补偿的位移,该位移量通过数模转换电路输出。
基本的流程图如图2所示。
多项式系数通过解最小二乘法的正则方程得到。
正则方程是一个线性方程组,用高斯消元法求解。
高斯消元法的程序如下:for(i=0;i [4] 刘柱,李巍,金建新.电涡流传感器的特性分析与标定方法[J]. 机械与电子,2013(2):14?16.LIU Zhu, LI Wei, JIN Jianxin. Characteristics analysis and calibration of eddy current sensor [J]. Machinery & electronics, 2013(2): 14?16.[5] 于鹏,许媛媛.利用插值法和曲线拟合法标定电涡流传感器[J].中国测试技术,2007,33(1):139?141.YU Peng, XU Yuanyuan. Calibrating the electric eddy sensor by the interpolation method and curve fitting method [J]. China measurement technology, 2007, 33(1): 139?141.[6] 吕云腾,祝长生.基于温漂补偿的高温电涡流位移传感器[J].浙江大学学报(工学版),2015,49(4):749?753.L? Yunteng, ZHU Changsheng. High temperature eddy current displacement sensor based on temperature drift compensation [J]. Journal of Zhejiang University (engineering science), 2015, 49(4): 749?753.[7] 王薇,曲昀卿,李娟,等.电涡流传感器的温度补偿[J].传感器与仪器仪表,2008,24(6):157?159.WANG Wei, QU Yunqing, LI Juan, et al. Temperature compensate of eddy current sensor [J]. Instrument technique and sensors, 2008, 24(6): 157?159.[8] 王金辉,杨永平.管壳式发生器温度传感器测量的准确性校正[J].陕西理工学院学报(自然科学版),2015,31(2):21?22.WANG Jinhui, YANG Yongping. Correction on measuring accuracy of the shell?and?tube generator of temperature sensor [J]. Journal of Shaanxi University of Technology (natural science edition), 2015, 31(2): 21?22.[9] 李移,曹现刚.电涡流位移传感器曲线拟合方程式的研究[J].煤矿机械,2013,34(1):94?96.LI Yi, CAO Xiangang. Curve fitting equation of eddy current displacement sensor research [J]. Coal mine machinery, 2013, 34(1): 94?96.[10] 丛华,张德魁,赵鸿宾.电涡流传感器温度稳定性研究[J].清华大学学报(自然科学版),1999,39(10):65?68.CONG Hua, ZHANG Dekui, ZHAO Hongbin. Research on temperature stability of eddy current sensor [J]. Journal of Tsinghua University (science and technology), 1999,39(10): 65?68.[11] 肖茂森.PIC单片机芯片在电涡流传感器温度补偿中的应用[D].西安:西安建筑科技大学,2005:34?35.XIAO Maosen. Application of PIC single chip processor in temperature compensation of electric eddy transducer [D]. Xi’an:Xi’an University of Architecture and Technology, 2005: 34?35.。