【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 狀、線圈幾何參數(shù)、電源頻率及線圈與被測(cè)體之間的距離覆蓋物等等有關(guān)因素，可以表示為 Z =f (ρ, μ, f , t , x) 其中式中， ρ、 μ、 t 分別為被測(cè)體的電阻率、磁導(dǎo)率及厚度， f 為電源頻率， x 為線圈與導(dǎo)體之間的距離。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文 第 7 頁 共 27 頁 若使上述參數(shù)其中一個(gè)改變，其余不變，可構(gòu)成三種電渦流傳感器：測(cè)距式渦流傳感器、測(cè)厚式渦流傳感器和探傷式渦流傳感器。根據(jù)激勵(lì)頻率的不同，又可構(gòu)成兩種不同渦流傳感器：高頻反射式測(cè)距渦流傳感器和低頻透射式測(cè)厚渦流傳感器。 由線圈阻抗變化公式可知， 影響電渦流傳感器特性的因素較多，有電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀及與被測(cè)體之間的距離等。下面從探頭線圈參數(shù)、被測(cè)對(duì)象表面的粗糙度、被測(cè)對(duì)象幾何形狀、尺寸及電磁特性等幾個(gè)個(gè)方面分別闡述。 探頭線圈參數(shù)的影響 探頭線圈的參數(shù)主要指線圈內(nèi)徑、外徑和厚度。線圈的作用是產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，利用自身的反射阻抗 Z 值、 Q 值和 L 值的變化實(shí)現(xiàn)測(cè)量。線圈軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度 Bm 的變化將影響 Z、 Q、 L 的值。為了獲得較高靈敏度，線圈的軸向磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度需要大些。由于傳感器高靈敏度、寬線性范圍的要求，需要根據(jù)不同的被測(cè)對(duì)象合理地選擇線圈參 數(shù)。渦流檢測(cè)的常用分析方法是阻抗法在這一過程中涉及的兩個(gè)重要參數(shù)為檢測(cè)線圈填充系數(shù)和材料的有效磁導(dǎo)率，其中填充系數(shù)又由試件尺寸和檢測(cè)線圈的有效直徑所決定，并同時(shí)又影響到渦流傳感器設(shè)計(jì)和選擇。因此，檢測(cè)線圈的有效直徑是一個(gè)關(guān)系到渦流檢測(cè)精度和可靠性的重要技術(shù)參數(shù)，必須精確地求出。 被測(cè)對(duì)象幾何形狀、尺寸的影響 當(dāng)被測(cè)對(duì)象是板形時(shí)，傳感器特性取決于被測(cè)材質(zhì)的物理參數(shù)，如電阻率、磁導(dǎo)率、表面粗糙度等。當(dāng)被測(cè)對(duì)象是旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，其特性不但與被測(cè)對(duì)象的物理參數(shù)有關(guān)，而且與被測(cè)對(duì)象的表面形狀有關(guān)。這是由于被 測(cè)對(duì)象和傳感器探頭等效距離增大，改變被測(cè)對(duì)象的表面磁場(chǎng)強(qiáng)度 Bm 的梯度，也改變了線圈產(chǎn)生的磁通和渦流產(chǎn)生反射磁通的交鏈作用。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)圓柱體徑向測(cè)量，被測(cè)對(duì)象的直徑越小，磁損耗越大，傳感器靈敏度越高；被測(cè)對(duì)象的直徑越大，磁損耗越小，傳感器的靈敏度越低。當(dāng)其直徑大于 100mm時(shí)，靈敏度的變化很小。通常，當(dāng)被測(cè)體的表面為平面時(shí)，以正對(duì)探頭中心線的點(diǎn)為中心，被測(cè)表面直徑應(yīng)大于探頭頭部直徑的 倍以上；當(dāng)被測(cè)體為圓軸且探頭的中心線與軸心線正交時(shí)，一般要求被測(cè)軸直徑為探頭的頭部直徑的 3 倍以上，否則傳感器的靈敏度會(huì)下 降，被測(cè)體表面越小，靈敏度下降的越多。 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文 第 8 頁 共 27 頁 被測(cè)對(duì)象的表面粗糙度的影響：渦流效應(yīng)主要聚集在被測(cè)對(duì)象的表面。因此，被測(cè)對(duì)象的表面粗糙度對(duì)電渦流功率損耗有很大的影響。在被測(cè)對(duì)象的表面，導(dǎo)體的等效電阻率大于內(nèi)部的電阻率。被測(cè)對(duì)象的表面較粗糙，電渦流功率的損耗小。同形狀、同材料、同尺寸的被測(cè)對(duì)象，表面較光潔的，傳感器靈敏度較高，線性范圍較窄；表面較粗糙的，傳感器的靈敏度較低，線性范圍較寬。 被測(cè)表面磁效應(yīng)的影響 電渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體的表面，如果由于加工過程中形成殘磁效應(yīng)，以及淬火不均勻、硬度不均 勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器的特性。在進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變。從磁性的角度考慮，電渦流傳感器的被測(cè)對(duì)象可分為三類：非磁體、軟磁體和硬磁體，常用的有非磁體和軟磁體。電渦流傳感器是以磁交鏈實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，同磁性類導(dǎo)體磁性差異較小，不同磁性類的差異較大。因而，同磁性類的不同導(dǎo)體用同一傳感器測(cè)試時(shí)，傳感器輸出的特性基本相同；不同磁性類的導(dǎo)體則傳感器輸出特性差異較大。這種對(duì)于被測(cè)材料的敏感性在很大程度上限制了電渦流傳感器的應(yīng)用范圍。對(duì)于非磁性材料，其磁性的 來源于分子磁矩在外磁場(chǎng)中取向排列，磁性的大小不僅和外界磁場(chǎng)的強(qiáng)弱有關(guān)，還與分子磁矩的大小有關(guān)。分子磁矩由組成分子的所有原子中的電子自旋磁矩、軌道磁矩和核磁矩疊加而成。由于各種磁矩的方向不盡相同，因而分子中的各磁矩疊加的結(jié)果使分子磁矩遠(yuǎn)小于電子的自旋磁矩，其磁化后的磁性很弱，為非磁性材料中的自旋排列圖。此時(shí)，線圈和被測(cè)體之間的電磁感應(yīng)對(duì)線圈電感變化起主要作用。對(duì)于鐵磁性材料，其磁性主要來源于原子最外層電子自旋耦合相互作用，使小區(qū)域內(nèi)電子磁矩自發(fā)地同向整齊排列起來，形成一個(gè)個(gè)磁性很強(qiáng)的磁疇區(qū)。在外磁場(chǎng)作用下，這 些磁疇區(qū)的磁矩方向均趨向于外磁場(chǎng)方向，對(duì)外顯示出很強(qiáng)的磁性。因此，當(dāng)被測(cè)體為鐵磁性材料時(shí)，由于其相對(duì)磁導(dǎo)率較高，在同樣的外界磁場(chǎng)激勵(lì)下，與真空和非磁性材料相比，鐵磁性材料中磁感應(yīng)強(qiáng)度的要大得多。此時(shí)被測(cè)材料的高磁導(dǎo)率對(duì)線圈電感的變化起主要作用。渦流效應(yīng)主要集中在被測(cè)體表面 ,如果由于加工過程中形成殘磁效應(yīng) ,以及淬火不均勻、硬度不均勻、金相組織不均勻、結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻等都會(huì)影響傳感器特性， API670 標(biāo)準(zhǔn)推薦被測(cè)中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文 第 9 頁 共 27 頁 體表面殘磁不超過 微特斯拉。在進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量時(shí)，如果被測(cè)體表面殘磁效應(yīng)過大，會(huì)出現(xiàn)測(cè)量波形發(fā)生畸變。 當(dāng)線圈有高頻電流通過時(shí)，線圈附近的金屬體就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)反作用在線圈上，可改變其電感。若線圈外形尺寸及激勵(lì)電流固定，則電感只與距離有關(guān) 。電渦流傳感器、前置器和監(jiān)測(cè)卡組成一個(gè)完整的測(cè)量回路，監(jiān)測(cè)卡向前置器提供 24V 供電電源，并接收前置器輸出的檢測(cè)電壓（ 2～ 20V ）。 在監(jiān)測(cè)卡中，可設(shè)置報(bào)警和保護(hù)定值，還可輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，送至 DCS 系統(tǒng)進(jìn)行顯示。目前，在火力發(fā)電廠中大量應(yīng) BENTLY 公 3500 系統(tǒng)和 EPRO 公 MMS600 系統(tǒng)，其檢測(cè)原理相同，傳感器特性相近，只是在軟件功能上有所差異。電渦 流傳感器線圈直徑 8～ 25mm 不等，傳感器線圈直徑越大，靈敏度越低，測(cè)量范圍也越大。放大電路的應(yīng)用十分廣泛，無論日常使用的收音機(jī)、擴(kuò)音器，或者精密的量測(cè)儀器和復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)等，其中通常都有各種各樣的放大電路。在這些電子設(shè)備中，放大電路的作用是將微弱的信號(hào)放大，以便于人們量測(cè)和利用。 例如，從收音機(jī)天線接收到的信號(hào)，或者人傳感器得到的信號(hào)，有時(shí)只有微伏升毫伏數(shù)量級(jí)，必須經(jīng)過放大才能驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出聲音，或者驅(qū)動(dòng)批示設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，便于進(jìn)行觀察、記錄和控制。所謂放大，表面看來是將信號(hào)的幅度由小增大，但是在電子技術(shù) 中，放大的本質(zhì)首先是實(shí)現(xiàn)能量的控制。由于輸入信號(hào)（例如從天線或傳感器得到的信號(hào)）的能量過于微弱，不足以推動(dòng)負(fù)載（例如喇叭或批示儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)），因此需要在放大電路中加另外提供一個(gè)能源，由能量較小的輸入信號(hào)控制這個(gè)能源，使之輸出圈套的能量，然后推動(dòng)負(fù)載。這種小能量對(duì)大能量的控制作用就是放大作用。集成電路（ integrated circuit,IC）是采用一定的工藝，把電路中所需要的管子、電阻、電容等元器件及電路的連線都集成制作在一塊半導(dǎo)體基片上，再封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需功能的模塊。自從 60 年代集成電路 發(fā)展以來，被獲得廣泛地應(yīng)用、集成電路按性能和用途的不同，可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類、集成運(yùn)算放大器（ integrated operational amplifier）是屬于模擬集成電路的一種。按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)來分 ,集成運(yùn)算放大器可分為如下幾類。 通用型運(yùn)算放大器，通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。這類器件中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文 第 10 頁 共 27 頁 的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣 ,其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。 高阻型運(yùn)算放大器，這類集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)是差模輸入阻抗非常高 ,輸入偏置電流非常小 ,一般 rid＞ 1GΩ—1TΩ,IB 為幾皮安到幾十皮安。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。用 FET作輸入級(jí)，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，但輸入失調(diào)電壓較大。 低溫漂型運(yùn)算放大器，在精密儀器、弱信號(hào)檢測(cè)等自動(dòng)控制儀表中，總是希望運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。 高速型運(yùn)算放大器，在快速 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中，要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率 SR 一定要高 ,單位增益帶寬 BWG 一定要足夠大，像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。高速型運(yùn)算放大器主要特點(diǎn)是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應(yīng)。 低功耗型運(yùn)算放大器，由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。 高壓大功率型運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運(yùn)算放大器中 ,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏，輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運(yùn)算放 大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。 可編程控制運(yùn)算放大器，在儀器儀表得使用過程中都會(huì)涉及到量程得問題。為了得到固定電壓得輸出，就必須改變運(yùn)算放大器得放大倍數(shù)。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把 一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)論文 第 11 頁 共 27 頁 單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。 概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通