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基于FPGA的间隙传感器温度补偿方案的研究与实现

作　者: 朱喆
导　师: 张昆仑
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 间隙传感器 平面电感线圈 温度补偿 FPGA
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


间隙传感器是高速磁浮列车系统中的一个非常重要的部件。在磁浮列车实验系统中，间隙传感器安装位置所处的温度环境比较恶劣，温度变化大，传感器的输出为间隙和温度的函数，输出的温度稳定性直接影响磁悬浮列车控制间隙稳定性和运营的安全，且温度误差已成为提高高精度传感器性能的严重障碍。需要采取措施减小温度对传感器输出的影响，提高传感器的温度稳定性。高速磁浮列车悬浮间隙传感器利用立体探头线圈，部分消除了高速磁浮列车长定子直线电机轨道齿槽结构对测量的影响。而检测线圈输出随温度变化的特性明显，是间隙传感器温度漂移的主要因素。本文分析比较了现有传统的几种硬件补偿和软件补偿的方案，传感器探头线圈特有的平面矩形螺旋电感线圈结构一直缺乏精确的数学模型，根据对传感器探头线圈的环境分析，深入讨论了线圈参数对检测线圈的影响，特别是对在高频激励下的线圈因趋肤效应产生的交流电阻在温度的影响下的变化规律做出分析。本文精确建立了线圈检测电压关于间隙和温度的模型，根据此模型探讨了温度对检测电压的影响，并提出了一种新的补偿方案。编写基于FPGA的关于温度和气隙两路同时检测的程序，并在实验中实时采集多个温度下气隙值，以得到测量数据对提出的补偿方案做验证。根据实验数据测量，可以取得理想的补偿效果，以便和标定平台一起为后续控制器提供更为有效和精确的检测信号。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 论文的来源与意义  10-12
    1.1.1 常导高速磁浮列车原理及技术特点概况  10-12
    1.1.2 间隙传感器温度补偿的意义  12
  1.2 间隙传感器测量与工作原理  12-15
    1.2.1 间隙检测方式的选取和基本工作原理  13-14
    1.2.2 检测方式选取对温度漂移的影响  14-15
  1.3 温度补偿的方法和研究现状  15-17
  1.4 本文的主要内容和工作  17-18
第2章 间隙传感器温度漂移和补偿方案研究  18-42
  2.1 间隙传感器的工作环境及工作原理  18-22
    2.1.1 间隙传感器的工作环境分析  18-19
    2.1.2 间隙传感器的工作原理分析  19-22
  2.2 间隙传感器温度漂移分析  22-32
    2.2.1 检测线圈环节的温度特性分析  22-30
    2.2.2 检波电路和模拟信号调理电路的温度特性分析  30-32
  2.3 仿真模型建立及其补偿方案探讨  32-41
  2.4 本章小结  41-42
第3章 间隙传感器温度补偿硬件设计  42-58
  3.1 间隙传感器测量模块总体设计  42-47
    3.1.1 系统供电部分设计  42-44
    3.1.2 高精度模拟信号调理电路设计  44-47
  3.2 间隙传感器温度采样电路  47-50
  3.3 数字信号处理部分电路  50-54
    3.3.1 FPGA简介  50-51
    3.3.2 FPGA的配置及接口电路  51-53
    3.3.3 A/D转换电路  53-54
  3.4 信号传输电路  54-57
    3.4.1 RS-485标准  55
    3.4.2 RS-485接口电路的硬件设计  55-57
  3.5 本章小结  57-58
第4章 温度补偿部分软件设计  58-68
  4.1 Verilog语言与开发工具介绍  58-60
    4.1.1 Verilog-HDL的语法模块和模型结构  58-59
    4.1.2 软件环境ISE概述  59
    4.1.3 仿真工具Modelsim  59-60
  4.2 温度补偿的软件设计  60-67
    4.2.1 时钟信号分频的实现  61-62
    4.2.2 温度采样滤波的实现  62
    4.2.3 信号采集与温度补偿的实现  62-64
    4.2.4 FLASH数据读写的实现  64-66
    4.2.5 数据串行输出的实现  66-67
  4.3 本章小结  67-68
第5章 温度实验与结果分析  68-79
  5.1 传感器温度补偿的调试规律研究  68-72
    5.1.1 数学模型  68-69
    5.1.2 调试过程分析  69-70
    5.1.3 一种新的调试方法  70-71
    5.1.4 调试规律总结  71-72
  5.2 温度实验与分析  72-77
  5.3 补偿方法的改进和探讨  77-78
  5.4 本章小结  78-79
结论  79-80
致谢  80-81
参考文献  81-85
攻读硕士学位期间发表的论文  85

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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