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清华大学学报(自然科学版)  2018, Vol. 58 Issue (3): 330-336    DOI: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.005
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基于FPGA的数字化电涡流位移传感器设计
于金鹏, 周燕, 莫逆, 刘兴男, 赵雷
清华大学 核能与新能源技术研究院, 北京 100084
Design of a digital eddy current displacement sensor based on FPGA
YU Jinpeng, ZHOU Yan, MO Ni, LIU Xingnan, ZHAO Lei
Institute of Nuclear and New Energy Technology, Tsinghua University, Beijing 100084, China
全文: PDF(0 KB)  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 电涡流位移传感器的载波信号和解调信号均为模拟处理信号,其测量和解调电路均会提高硬件电路复杂性和信号的不稳定性,并增大磁轴承系统的总体设计体积和功耗等。针对这一问题,该文设计了以调幅式电涡流位移传感器为基础的数字化电涡流位移传感器。利用现场可编程门阵列(FPGA)的数字输出信号设计传感器的载波信号,通过FPGA的软件设计对测量电路的输出信号进行数字化处理。该设计在有效降低电路设计复杂性和功耗的同时,提高了传感器测量的可靠性和精确性。
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于金鹏
周燕
莫逆
刘兴男
赵雷
关键词 电涡流位移传感器现场可编程门阵列(FPGA)载波信号数字解调    
Abstract:The carrier and demodulated signals of eddy current displacement sensors are both analog signals. Thus, the measurement and demodulation circuitries are complex, unstable and increase the volume and power consumption of the magnetic bearing system. This paper describes an improved digital eddy current displacement sensor based on amplitude modulation with the digital carrier signal given by a field programmable gate array (FPGA) to demodulate the digital output signal of the sensor. The measurement reliability and accuracy are improved while the complexity and power consumption are reduced in this integrated digital eddy current displacement sensor.
Key wordseddy current displacement sensor    field programmable gate array (FPGA)    carrier signal    digital demodulation
收稿日期: 2017-10-14      出版日期: 2018-03-14
ZTFLH:  TP212.1  
基金资助:国家科技重大专项(2011ZX06901-010)
通讯作者: 赵雷,研究员,E-mail:zhaolei@.tsinghua.edu.cn     E-mail: zhaolei@.tsinghua.edu.cn
作者简介: 于金鹏(1992-),男,博士研究生。
引用本文:   
于金鹏, 周燕, 莫逆, 刘兴男, 赵雷. 基于FPGA的数字化电涡流位移传感器设计[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2018, 58(3): 330-336.
YU Jinpeng, ZHOU Yan, MO Ni, LIU Xingnan, ZHAO Lei. Design of a digital eddy current displacement sensor based on FPGA. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2018, 58(3): 330-336.
链接本文:  
http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2018.21.005  或          http://jst.tsinghuajournals.com/CN/Y2018/V58/I3/330
  图1 原始传感器测量电路设计
  图2 基于FPGA 数字解调传感器设计
  图3 载波源为滤波方波的差动电路结构图
  图4 差动测量电路
  图5 数字信号处理设计
  图6 倍压包络检波
  图7 极值区间判断
  图8 滑动平均滤波
  图9 传感器的制备
  图10 测量台架与实验电路板
  图11 数字方波信号的处理
  图12 差动输出信号
  图13 SignalTapII模块采集数据
  图14 滤波输出电压与位移
  图15 不同间隙下的测量输出电压
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