感应式油路磨粒监测传感器广泛应用于机械设备的健康监测，在故障诊断、寿命预测以及预防灾难性故障等起着重要作用。然而，目前感应式传感器普遍分辨率不高，提高传感器的分辨率能更好地帮助我们了解机械设备的运行状况，降低危害事件发生的可能性。
中国科学技术大学工程科学学院精密传感与致动实验室冯志华教授提出了一种新型自动不平衡补偿电路（AACC），能够显著提高感应式油路磨粒监测传感器的分辨率。相关研究成果以“Ultrasensitive inductive debris sensor with a two-stage auto asymmetry compensation circuit”为题，于2020年8月25日发表在电子和通信工程领域的五大顶级期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics上。
三线圈差动式探头是感应式油路磨粒监测传感器的经典结构，但实际中由于加工制造误差，探头不可能达到理想对称。本文首次关注到由探头不对称性引起的残留电压会阻碍传感器分辨率的提高，对这一现象进行了理论证明，并提出了自动不平衡补偿电路（AACC）来自动、实时地抑制残留电压，以提高检测分辨率。自动不平衡补偿电路的原理框图如图1(b)所示，主要包括正交相敏检波模块、线性解耦模块和压控电压矢量发生器等。
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图1 (a)探头示意图; (b)自动不平衡补偿电路原理框图
有/无AACC的传感器残余电压对比如图2。可以观察到，应用AACC方案的传感器能有效将残余电压抑制到2uV量级，即使在环境温度波动的情况下，仍可将残留电压保持在极小的值；而未应用AACC方案的传感器残余电压远超30mV，且随温度变化趋势明显，探头的稳定性较差。
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图2 (a)有/无AACC的传感器残余电压对比; (b)有/无AACC的传感器残余电压随温度变化情况对比
在测试系统下，应用AACC方案的传感器样机在43mm的通道中成功检测到直径70μm的铁颗粒和直径165μm的铜颗粒，传感器的灵敏度是未应用AACC方案的31倍以上。该自动不平衡补偿电路不仅显著提高了感应式油路磨粒监测传感器的检测分辨率，在其他多种精密探测场合也具有广泛的适用性，有望大幅提高多种传感器的性能。
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图3 (a)铁颗粒实物图; (b)铜颗粒实物图
工程科学学院博士生钱敏为本论文的第一作者，冯志华教授为该论文的通讯作者。
文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9177329
DOI：10.1109/TIE.2020.3018066