摘 要

电涡流传感器是很成熟的传感器，不管是国内还是国外，研究所和传感器制造商都在不停地对电涡流传感器进行改良和发展，以更高的精度更好的适用性等来扩大其市场份额。国外的电涡流位移传感器制造商，知名的有德国的米铱（Micro-Epsilon)、美国的卡曼(KAMAN)和雄狮（Lion-Precision)还有日本的基恩士（KEYENCE）等，他们为用户提供不同的产品方案；国内的株洲中航科技、欧丹电子等厂家也有不错的微米级别的电涡流位移传感器可供使用。不过国内的电涡流传感器精度相对差一些，而且有的只能显示电压，需要用户自己去做转换。

本文在现有电涡流传感器探头的基础上，设计了一套测量系统并完成调试。该测试系统由A/D转换模块，数据处理模块，显示模块，串口通信模块组成。首先通过A/D转换，将探头的数据转换成数字量，以便后续处理。其次通过数据处理模块，将电信号转换成位移信号，该部分主要由单片机控制，可以达到调零和转换成绝对位移量的功能。再次通过显示模块显示测量结果，还由串口通信模块上传数据至pc。在完成电路设计后，在电路板上焊接各元件，调试成功后，完成数据采集和特性分析，最后对整体测量系统的精度进行分析。

本文在电路板上焊接实物，进过测试，各个模块均能正常工作，精度符合设计要求，显示模块直观明了，串口通信稳定，基本完成设计要求。

关键词：电涡流位移传感器；ATC89C52；A/D转换；液晶显示；串口通信

Abstract

The eddy current sensor is very mature, whether domestic or foreign, Institute and sensor manufacturers are constantly on the eddy current sensor for improvement and development, with accuracy better applicability to expand its market share. The eddy current displacement sensor manufacturers, there are well-known meter iridium Germany (Micro-Epsilon), American Kaman (KAMAN) and male (Lion-Precision) and Japanese scholar Kean (KEYENCE), they provide users with different products; domestic science and technology, Zhuzhou Airlines oudan electronics manufacturers have power eddy current displacement sensor is good micron level available for use. However, the domestic eddy current sensor accuracy is relatively poor, and some can only show voltage, the user needs to do their own conversion.

On the basis of the current eddy current sensor probe, a measuring system is designed and debugged. The testing system is composed of A/D conversion module, data processing module, display module and serial communication module. Firstly, the data of the probe is converted into digital quantity by A/D conversion, so as to follow up the processing. Then, through the data processing module, the electrical signals are converted into displacement signals, which are mainly controlled by a single chip microcomputer, so that the functions of zeroing and converting to absolute displacement can be achieved. Then display the measurement results through the display module, and also upload data to the PC by the serial communication module. After the completion of circuit design, welding components on the circuit board, after successful debugging, to complete data acquisition and characteristics analysis, and then to analyze the accuracy of the overall measurement system.

This paper on the circuit board welding material into the test, each module can work properly, the accuracy meets the design requirements, the AD conversion is quick and accurate, intuitive display module, serial communication and real-time quickly, basically completes the design requirements.

Key words: Eddy current displacement sensor; ATC89C52; A/D conversion; liquid crystal display; serial communication

目 录

第1章 绪论 2

1.1 研究背景及意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 3

第2章 方案论证与设计 5

2.1 需求分析及系统总体结构 5

2.2 分单元方案比较及选择 7

2.2.1 a/d转换模块 7

2.2.2 调零和数据处理 7

2.2.3 显示部分 7

2.2.3 串口通信 7

第三章 系统硬件电路设计 8

3.1 单片机最小系统设计 8

3.1.1 STC89C52单片机的主要特征 8

3.1.2 时钟电路 9

3.1.3 按键调零电路 9

3.2 A/D转换模块 10

3.2.1 A/D转换器的工作原理 11

3.2.2 ADC0832主要特征 11

3.3 显示模块设计 12

3.3.1 LCD1602介绍 12

3.3.2 显示模块电路设计 14

3.4 串口通信电路 15

第四章 程序设计 17

4.1 主程序 17

4.2 A/D转换子程序 18

4.3 显示子程序 19

4.4 串口通信子程序 19

第五章 系统调试及结果分析 20

5.1 硬件电路实测 20

5.2 测试系统电压—位移特性 21

总结与展望 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

电涡流传感器是很成熟的传感器，它的设计和运作原理早就为人熟知，属于基础测量元件^[1]。与如今最热门的生物化学类传感器比较，电涡流传感器并不算是人们研究的重点。可从工程的角度来讲，电涡流传感器在设计时没有有效的参考，设计的许多方面比如影响参数的机制和选择参数的方法等，没有足够多的数据支持^[2]。很多产品在探头和调整电路方面缺乏先进的技术来指导，沿用多年前的技术，厂家主要依靠自己的实践来改良产品^[3]。但是，因为电涡流传感器应用非常广泛，其所带来的价值非常可观。不管是国内还是国外，研究所和传感器制造商都在不停地对电涡流传感器进行改良和发展，以更高的精度更好的适用性等来扩大其市场份额。

电涡流传感器的探头设计时需要考虑电路整体的阻抗，计算电感等，比较复杂^[4]。而其调理电路只需按照探头的特性进行转换即可，但要处理得当才能正确反应测量数据。本文即是在使用已有探头的前提下，将探头产生的电信号转化为物体的相对位移量，并且将测量值实时传到电脑里。

1.2 国内外研究现状

电涡流传感从诞生至今，有一百多年的历史了。最早是加贝在试验中检测到了电涡流，然后是法拉第在前人的基础上摸索出了电磁感应定律，这为电涡流检测提供了基本原理^[5]。1873年，英国的麦克斯韦出版了《论电和磁》，这为电涡流检测奠定了理论基础。而后电磁理论不断地发展，电涡流检测在休斯手中进入应用范围，他通过金属电阻率不同电涡流产生热量不同的原理，对金属分类。接下来由于电涡流检测技术受干扰因素太多，其应用的发展比较缓慢^[6]。

直到20世纪50年代，福斯特在提出阻抗分析后，电涡流检测技术才有了实质性的发展，各种电涡流检测仪器开始在市面上流通^[7]。而近年来涡流检测技术的发展更是迅猛，其因自身的优良特性，在工业领域大放其彩，在无损检测技术中有不可替代的位置。而且，由于工业的进步，涡流检测技术的实用性和可靠性也有了巨大的提升。在信息时代的来临的今天，电涡流检测技术应用更加广泛，其性能也在稳定的发展中^[8]。