峰值采样电路在涡流电导仪中的应用

介绍了利用单片机中断功能，结合峰值采样电路对涡流正弦信号进行峰值检波的方法，该方法适用范围广，具有较好的实用性。?
    关键词：峰值采样, 单片机,  中断方式

1 引言
    受厂家委托，我们开发研制了利用涡流效应测量金属电导率的涡流电导仪。涡流效应，简单地说，就是金属在高频线圈附近感应后形成的感应磁场，它会对通过该线圈的高频信号产生反作用，影响该信号的相位和幅值。不同的金属对同一标准信号的影响各不相同，根据这一原理，我们只需测量出相位和幅值，然后利用Matlab 软件进行数值模拟分析，就能得出电导率与幅值、相位的函数。通过实验，我们发现幅值是关键性的，对于非铁磁性金属材料，利用幅值得到的区分度最大。
    而测量幅值最直接、最有效的方法就是测量其峰值电压，这就要用到峰值采样电路。

2 原理
    峰值采样电路通常仅由采样保持器和比较器组成（如图1所示），当Vi>V时，V2为高电平，并控制LF398采样，当经过峰值后，Vi    基于以上原因，我们对该电路进行了改进，改进后的电路原理框图如图2所示。

    原有电路最大的问题在于频率较高时，采样和保持时间均过短，这与采样保持器的控制信号有关。图1中，V2在频率较高时不能直接用作控制信号，需将其分频后再加至采样保持器的控制端。这里，我们是利用微分和比较器电路产生采样保持器的控制信号。将采样信号微分后，输入过零比较器的负输入端，正端为基准零点。具体电路如图3所示，这里，微分器使用的运放为LF356，比较器是LM311。
    微分电路中需要注意R、C值的选择，根据不同的频率范围，所用的R、C值是不同的。选择方法如下：
    以图4为例，电阻R1可降低高频噪声，电容Cf用于抑制自激振荡。电路的传递函数为：

    根据式（1）和式（2），可得微分电路的设计步骤如下：?
    （1）设fa等于输入信号的最高频率（根据具体需要而定），选择电容C1<1μF，然后根据式（2）计算Rf。
    （2）选fa=10fb，根据式（2）计算R1。?
    （3）由式（1）计算出Cf。?

    微分电路的输出信号连至比较器。在最初使用比较电路时，基准零点（LM311正输入端）是直接接地的，但在使用中我们发现，当频率较高时（>10kHz），比较器的输出，即采样保持器LF398的控制信号脉冲跳变时刻与采样信号的峰值时刻的偏差就开始扩大，为此,将直接接地改为如图3所示的与对称的正负电源相接的串联分压电路，电位器用来微调基准零点。这样改动后，通过调整电位器，可以使LF398的控制脉冲保持在峰值时刻发生跳变。
    然而，实际上，此时并不能将比较器输出直接作为控制信号，需要将其分频后再使用，这是为了绝对满足采样保持器的采样时间和A/D转换器输入信号的保持时间的要求。
    另外，分频后的控制信号又作为单片机的外部中断输入信号（中断触发方式最好设为边沿触发方式），以此作为单片机启动A/D的信号，开始采样。

3 结束语
    经过测试，该电路性能稳定，结构简单，通用性强，使用灵活，具有一定的实用价值。?

参考文献?

1 单承赣，钱小霞.  峰值电路原理及应用. 电子技术应用，1990（9）?
2 王福瑞.  单片微机测控系统大全. 北京：北京航空航天大学出版社，1998?
3 谈文心，钱聪，宋云娴. 模拟集成电路原理及应用. 西安：西安交通大学出版社，1995?
4 王秀杰，张畴先. 模拟集成电路应用. 西安：西北工业大学出版社，1994