线圈 △X 金属板 图 3-1 电涡流作用原理图
3.1.3等效电路及分析
把金属板看作一个短回路，它与激励线圈相联系，可等效成如下的电路。
M → → U ～
R1－线圈电路 R2－金属板等效电阻 L1－线圈的电感
Ｕ－激励电压 L2－金属板的电感 图3-2等效电路图
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由楞次定律，涡流的交变磁场与线圈的磁场变化的方向相反，总是抵抗的变化，
由于涡流磁场对导磁材料的作用以及距离对磁场的影响，使原线圈的等效阻抗Z发生变化，变化程度与X有关，分析表明，影响高频率线圈阻抗Z的因素，除了线圈与金属极间距离δ以外，还有金属板的电阻率ρ。磁导率μ以及线圈的激磁圆频率ω等。我们把金属导体形象地理解为一个短路线圈，它与传感器线圈磁性相联。这里我们假定传感器线圈原有电路为
，电感为
=
+j
，则其复阻抗为
2-1
，为导体等效电阻和电感，
在线圈与导体之间存在一个互感系数Ｍ，Ｕ为激励电压，
有图2所示等效电路，根据基尔霍夫定律，在线圈与导体之间存在一个互感系数Ｍ，Ｕ为激励电压，
，
为导体等效电阻和电感，有图2所示等效电路，根据基尔霍夫定
律，可以列出如下方程:
=
2-2
解上述方程组可得到及,进而可以求得线圈在受到导体影响之后的等效阻为
==
+
+j
-] 2-3
同时可以得到线圈的等效电感为：
L=
比较
与
- 2-4
两式可知，由于涡流的作用，使阻抗的实部（电阻）增大，而虚部部分等效
将减小;当金属材料
电感是增大还是减小，这主要由金属导体材料而定。所以等效电感为磁性材料时，由于导体被磁化使的等效电感L将增大。
由（4）式也可得到线圈的品质因素Q为： Q=式中
也增大，而增大得比L中的第二项增多得多，因此
2-5 为无导体影响时线圈的Q值；
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=
=+为导体中产生的电涡流的阻抗。
综上所述，根据电涡流传感器的基本原理，可以有三个不同的输出量，即L、Q、Z。虽然他们之间是相互联系的，但是采用不同的测量电路，可以反应Q的变化、L的变化、Z的变化。这里我们设计关于L的变化的测量电路，变换为位移X和电感L之间的关系。
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4.测量系统硬件平台设计与实现
为了对传感器的输入输出关系进行校准和为进一步改进性能提供依据，本课题利用一个专门设计的固高运动控制测试台和测量电路组成的数据采集与处理系统对电涡流传感器进行校准，并采用最佳特性曲线分段拟合的新方法进行数据处理。我们设计的测量系统分为两部分:硬件部分和软件部分。硬件部分有运动控制台部分、系统硬件电路部分、电源部分等。下面首先对测量系统的硬件部分设计加以叙述。
4.1运动控制台的设计
测量系统中我们对位移的变化需要运动精度很高的控制台。这里我们选择固高科技运动控制测试台，其结构原理图如图4-1所示：
图4-1 固高测量控制台原理图
GXY系列工作台集成有4轴运动控制器、电机及其驱动、电控箱、运动平台等部件。各部件全部设计成相对独立的模块，便于面向不同实验进行重组。控制装置由PC机、GT-400-SV运动控制卡和相应驱动器等组成。运动控制卡接受PC机发出的位置和轨迹指令，进行规划处理，转化成伺服驱动器可以接受的指令格式，发给伺服驱动器，由伺服驱动器进行处理和放大，输出给执行装置。执行装置根据驱动和控制精度的要求可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机和步进电机。其中步进电机不需要反馈，用于实现
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开环控制；步进电机可以直接用数字信号进行控制，与计算机的接口比较容易；没有电刷，维护方便、寿命长；启动、停止、正转、反转容易，基于上述优点和实验的需要，我们选步进电机作为驱动。机械传动部分本身采用滚珠丝杠传动十字工作台，大大提高了控制精度。这里我们把钢板作为测试平面，将其固定在测量台台体的左侧，将电涡流传感器固定在轴1所在的运动台，从而改变传感器和测试平面之间的距离。
4.2处理器的选型
4.2.1 C8051F330的概述
C8051F330器件是完全集成的混合信号片上系统型MCU,它的一些特征给我们进行信号的采集、数据的处理带来了方便，C8051F330的主要特征如下：1. 高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）；2. 真正10位200 ksps的16通道单端/差分ADC，带模拟多路器：3. 硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口5.8KB可在系统编程的FLASH存储器；6. 具有3个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列（PCA）；7. 17个端口I/O（容许5V输入）；8. 17个端口I/O（容许5V输入）。其内部结构图如图4-2所示。
图4-2 C8051F330内部结构图
对于C8051F330来说，其片内具有上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器，可以说是真正意义上的片上独立工作的芯片。另外其片内的FLASH存储器还具有在
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