[发明专利]一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法

说明书

本发明涉及一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，包括：选取一个通用的传感器探头，其前端设置探测线圈；选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，二者的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号U_m；位移测量模块的输出信号包含待测位移信号U_x和干扰磁场噪声N_m；磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声N_m的待测位移信号U_x。本发明适用于现有的各类电涡流位移传感器，无需更改探测线圈和检测电路，电路简单、成本低廉，通用性好。

技术领域

本发明涉及电涡流位移传感器技术领域，尤其是一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法。

背景技术

随着超精密制造技术的不断发展，高端制造所依赖的精密测量技术仍有欠缺，在加工、装配、检测等方面对超精密位移传感器有着越来越急切的需求，某些场合的测量精度已从微纳米级别提高到了亚纳米级别。非接触式位移传感器是当前工业用位移测量的主流，主要包括电容式、电涡流式和光电式，其中电涡流位移传感器具有灵敏度高、可靠性好、不受油污影响等优点，在超精密机床上有着极为广泛的应用。

电涡流位移传感器的主要原理是电磁感应，然而在工业现场存在极多的干扰磁场源，如何避免干扰磁场的影响，是电涡流位移传感器需要解决的关键问题。目前，电涡流位移传感器主要采用电磁屏蔽的措施避免外界磁场干扰的影响，专利申请CN104729544A、CN109668504A等也提出通过探头抵消和电路滤波来提高抗干扰磁场的能力。然而，现有方法无法彻底消除干扰磁场的影响，输出信号仍会残留与干扰磁场相关的噪声成分，需要使用其他方法加以消除。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过干扰磁场检测模块获得干扰磁场信号，利用干扰磁场信号与干扰磁场噪声的相关性，在通用的位移测量模块基础上，消除输出信号中残留的干扰磁场噪声成份的电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电涡流位移传感器的干扰磁场噪声消除方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)选取一个通用的传感器探头，传感器探头的前端设置有用于测量探测线圈与目标导体之间的距离x的探测线圈，探测线圈受到周围环境中干扰磁场B的影响；

(2)选取一个通用的位移测量模块，设计制作一个干扰磁场检测模块和一个磁场噪声消除模块，探测线圈依次通过同轴电缆和电缆接口分别连接到位移测量模块和干扰磁场检测模块，位移测量模块和干扰磁场检测模块的输出信号均连接到磁场噪声消除模块；

(3)干扰磁场检测模块的输出信号为干扰磁场信号U_m；位移测量模块的输出信号包含待测位移信号U_x和干扰磁场噪声N_m；

(4)干扰磁场噪声N_m与干扰磁场信号U_m之间存在相关性，利用磁场标定系统，测得N_m与U_m的频率特性方程如下：

N_m＝H(s)·U_m (1)

(5)频率特性参量H(s)存储在磁场噪声消除模块内，使得干扰磁场检测模块输出的干扰磁场信号U_m通过方程(1)转换为干扰磁场噪声N_m，并与位移测量模块的输出信号U_x+N_m相减，则磁场噪声消除模块的输出信号为消除了干扰磁场噪声N_m的待测位移信号U_x。