【正文】 擬合數據找出其最適合測量的線性區(qū)間。對被測導 體的大小和形狀也與靈敏度密切相關。對于電渦流傳感器線圈外徑大，線性范圍也就大，但靈敏度低；反之線圈外徑小，靈敏度高，但線性范圍小。線圈用高強度漆包銅線或銀線繞制（高溫時也采用鎢線），用粘合劑在框架端部或繞制在框架槽內，其結構示意圖如圖所示， 電渦流傳感器結構圖 圖 14 線圈框架應采用損耗小、電性能好、熱膨脹系數小的材料，常用高頻陶瓷、聚酰亞胺、環(huán)氧玻璃纖維等。 電渦流反射式 反射式中，變間隙是最常用的的一種結構式。以下為高頻低頻和有無金屬板的實驗波形對比。金屬板厚度越大 ，渦流損耗的就越大，電壓也就越小。若兩線圈之間無金屬導體， L1的磁場就能直接貫穿 L2，這時電壓達到最大。下圖為其工作示意圖， 10 透射式電渦流傳感器工作原理圖 圖 9 傳感器由發(fā)射線圈 L1和接受線圈 L2組成，它們分別位于被測金屬板的兩側。 即透射試驗和反射實驗。從而輸出直流分量。 下部 LC濾波器在二極管之后如圖所示， LC濾波電路 2 圖 8 由于二極管有單向導通性，因此有部分正弦波經由二極管，而形成半波正弦波。剩下直流電流從轉換器的輸出端輸出。下圖為傳感器的振蕩波形，起電壓峰峰值為 ，周期為 21ms， 8 傳感器兩端輸出波形 圖 5 其疊加電路圖如下圖所示， 西勒振蕩波形與傳感器振蕩波形疊加圖 圖 6 由上圖可以看出其振蕩頻率大致相同，當其幅值不同。 此時其振蕩波形，有實驗可得，其電壓峰峰值為 ，周期為 21ms如圖所示 7 西勒振蕩電路輸出波形 圖 4 因此電路圖中的可調電感即 為渦流轉換器中所接的電渦流傳感器。在大多數電視機中大多采用西勒振蕩電路。因 3C 比克拉波電路取值大！故頻率覆蓋系數大，易調整，頻率穩(wěn) 定度高，實際應用較多。2 當 13 CC?? 及 23 CC?? 時，振蕩頻率為 )(21430 CCLf ?? ? , 與受輸入輸出電容（包括閑散電容）影響的 1C 與 2C 無關，因此提高了振蕩頻率的穩(wěn)定性。其中， 0139。239。239。13339。西勒振蕩電路的頻率為 6 ?? LCf ?2/1 。因為可通過 C4改變振蕩頻率，且接入系數不受 C4影響，所以在整個波段中振蕩 振幅比較平穩(wěn)。 西勒震蕩電路圖 圖 2 西勒振蕩器是一種改進型的電容反饋振蕩器， 它是克拉波電路的改進電路。是由其中的西勒振蕩電路提供震蕩電流。本設計采用渦流轉換器，其工作原理是諧振式調幅電路。在目前的測量電路中，有通過測量Δ L或Δ Z等來 測量 x ,ρ ,μ ,f的變化的電路。 因此，通過上述方程組的推導，可將探頭線圈的等效阻抗 Z表示成如下一個簡單的函數關系： 其中， x為檢測距離；μ為被測體磁導率；ρ為被測體電阻率； f為線圈中激勵電流頻率。 通過式（ 24）的方程式可見：渦流的影響使得線圈 阻抗的實部等效電阻增加，而虛部等效電感減小，從而使線圈阻抗發(fā)生了變化，這種變化稱為反射阻抗作用。探頭線圈和導體之間存在一個互感 M，它隨線圈與導體間距離的減小而增大。 電渦流傳感器的工作原理，如圖 22所示： 3 電渦流傳感器等效電路分析 為了便于分析，把被測金 屬導體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)中的電流，這樣就可以得到如圖 23所示的等效電路。其變化程度取決于被測金屬導體的電阻率ρ，磁導率μ，線圈與金屬導體的距離 x，以及線圈激勵電流的頻率 f等參數。 二：電渦流傳感器的基本原理 根據法拉第電磁感應定律，當傳感器探頭線圈通以正弦交變電流 i1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場 H1，它使 置于此磁場中的被測金屬導體表面產生感應電流，即電渦流，如圖 22中所示。 （ 3）測量電路：是由渦流傳感器構成，將測量信息轉換為直流電量輸出。 根據組成框圖，具體說明各個組成部分的材料： （ 1）敏感元件：傳 感器探頭線圈是通過與被測導體之間的相互作用，從而產生被測信號的部分，它是 由多股漆包銅線繞制的一個扁平線圈固定在框架上構成，線圈框架的材料是聚四氟乙烯，其順耗小，電性能好，熱膨脹系數小。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應速度快、抗干擾力強、不受油污等介質的影響、結構簡單等優(yōu)點 。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器已成為目前電測技術中非常重要的檢測手段，廣泛的應用于工程測量和科學實驗中。傳感器技術的應用在許多個發(fā)達國家中，已經得到普遍重視。 1 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《 傳感器原理及應用 》課程 考 核 論 文 題 目 電渦流位移傳感器設計 班 級 機設八班 學 號 姓 名 成 績 機械與汽車工程學院 機械電子工程系 二零一 二 年 五 月 1 電渦流位移傳感器 摘要 ： 隨著現代測量、控制盒自動化技術的發(fā)展，傳感器技術越來越受到人們的重視。特別是近年來，由于科學技術的發(fā)展及生態(tài)平衡的需要，傳感器在各個領域的作用也日益顯著。在工程中所要測量的參數大多數為非電量，促使人們用電測的方法來研究非電量，及研究用電測的方法測量非電量的儀器儀表，研究如何能正確和快速的非電量技術。 關鍵詞：電渦流式傳感器 傳感器技術 電量非電量 Abstract： With modern measurement, control box of automation technology development, the sensor technology is more and more attention by people. Especially in recent years, due to the development of science and technology and ecological balance the need, sensor in various fields are also increasingly significant role. The sensor technology application in many developed countries, has been paid attention to. In the project in measured parameters for the most power, the power to urge people to approach to the power, and the research method of the electricity measurement of electric instruments, to study how to correct and fast the power technology. The eddy current sensor has bee the electrical measurement technology is very important means of detection, widely used in engineering survey and scientific experiments. Key words： Eddy current sensor, sensor technology ,nonpower electrical measurement techniques, 2 一：總體設計方案 電渦流傳感器 能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。電渦流傳感器能準確測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。 根據下面的組成框圖，構成傳感器。 （ 2） 傳感元件 : 前置器是一個用環(huán)氧樹脂灌封并帶有導線的裝置，測量電路完全裝在前置器中。 本電路采用西勒振蕩電路產生振蕩頻率，在經過濾波產生直流電量。與此同時，電渦流 i2又產生新的交變磁場 H2； H2與 H1方向相反，并力圖削弱 H1，從而導致探頭線圈的等效電阻相應地發(fā)生變化。如果只改變上述參數中的一個，而其余參數保持不變，則阻抗 Z就成為這個變化參數的單值函數，從而確定該參數的大小。 圖中 R1， L1為傳感器探頭線圈的電阻和電感，短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其中 R2， L2為被測導體的電阻和電感。 U1為激勵電壓，根據基爾霍夫電壓平衡方程式，上圖等效電路的平衡方程式如下： 經求解方程組，可得 I1和 I2表達式： 由此可得傳感器線圈的等效阻抗為 : 4 從而得到探頭線圈等效電阻和電感。所以電渦流傳感器的工作原理，實質上是由于受到交變磁場影響的導體中產生的電渦流起到調節(jié)線圈原來阻抗的作用。 所以，當改變該函數中某一個量，而固定其他量時，就可以通過測量等效阻抗 Z的變化來確定該參數的變化。 電渦流傳感器測量電路原理 電渦流傳感器常用的測量電路有電橋電路和諧振電路，阻抗 Z的測量一般用電橋，電感 L的測量電路一般用諧振電路，其中諧振電路又分為調頻式和調幅式電路。 5 渦流轉換器等效電路圖 圖 1 從渦流轉換的等效電流圖可分析出線圈震蕩電流有渦流轉換器提供。下圖為西勒振蕩電路。這種電路頻率穩(wěn)定性高。真兩點使西勒電路的頻率能在比較寬的范圍內調節(jié)。 式中， 439。239。1 339。1 CCCCCCC CCCC ????? 。1 C?? ； iCCC ?? 239。 西勒振蕩電路的振蕩頻率可以通過改變 4C 來調整。 西勒振蕩等效電路圖 圖 3 上圖為在實際應用中的西勒電路改進型，在實際應用中可用可調電感，而可調電容換成固定電容。此時的振蕩頻率為 ?? LCf ?2/1 。所以其振蕩頻率即為西勒振蕩電路的振蕩頻率。 由渦流轉換器電路圖可知，西勒電路產生的電流從振蕩器輸出端輸出后，經過上下兩部分濾波電路，濾去交流。上部濾波電路為 9 LC濾波電路 1 圖 7 直流電由輸入端進入后經由 LC低通濾波器后由輸出端輸出直流分量。在通過下部 LC低通濾波器濾去交流分量。 三、實驗波形及實驗數據 電渦流傳感器有傳感器有兩種結構類型，分別為透射式和反射式。 電渦流透射式 這種類型與反射式主要不同在于它采用低頻激勵，貫穿深度大，適用于測量金屬材料的厚度。當低頻激勵電壓加到線圈 L1兩端時，將在 L2兩端產生感應電壓。當有金屬板后，其產生的渦流削弱了 L1的磁場，造成電壓下降。因此可用電壓大小反應金屬般的厚度！而且對于不同材質的特性不通所得的實驗現象也不相同。 在低頻激勵下無金屬導體時傳感器兩端的波形為下圖所示， 11 低頻無導體波形 圖 10 低頻有導體的透射波形如下圖所示， 低頻有導體波形 圖 11 在高頻激勵下無導體是傳感器兩端輸出波形，如下圖所示 12 高頻無導體波形 圖 12 高頻有導體時傳感器兩端輸出波形如下圖所示 高頻有導體波形 圖 13 13 由圖 912 分析可知當傳感器激勵頻率升高后其透射后的電壓增大了，但從低頻到高頻過程中再有無導體的情況下，電壓的下降幅度也不同！在高頻境況下電壓下降幅度明顯大于低頻是電壓下降到幅度！說明導體對渦流傳感器在高頻時吸收率更高，更有利于低頻是的磁場通過。他的結構簡單，由一個扁平線圈固定在框架上構成。由于激勵頻率較高，對所用的電纜與插頭也要充分重視。除此之外也有加入不加入鐵心之分加入鐵心可以感受較弱的磁場。而且除反射式外還有變面積式和螺管式兩種。下圖為使用 matlab擬合直線數據圖 變間隙反射式試驗數據擬合圖 圖 15 內部資料 ， 請勿外傳！ 15 XuyUP2kNXpRWXm Aamp。 849Gx^Gj qv^$UE9wEwZQcUE%amp。 gTXRm6X4NGpP$vSTTamp。 MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK! zn% Mz849Gx^