信號分析及傳感檢測技術(shù)報告

1、姓 名：張 鈞 哲學(xué) 號：12015130718指導(dǎo)老師：丁文捷（教授） 電渦流式傳感器屬于電感式傳感器的一種，是利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量的。 如下圖1-1所示，一個扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通有交變電流I1時，線圈周圍就產(chǎn)生一個交變磁場H1。置于這一磁場中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 圖圖1-1 1-1 電渦流傳感器原理圖電渦流傳感器原理圖 一般講，線圈的阻抗變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀，線圈的幾何參數(shù)，激勵電流

2、頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一個參數(shù)改變，而其余參恒定不變，則阻抗就成為這個變化參數(shù)的單值函數(shù)。如其他參數(shù)不變，阻抗的變化就可以反映線圈到被測金屬導(dǎo)體間的距離大小變化。 在電感式位移檢測方法中最常見的是渦流式電感位移檢測器，如圖1-2所示是電渦流式傳感器檢測探頭，探頭端部裝有高度密封的、發(fā)射高頻信號的線圈。由于被測物體的端部（一般為轉(zhuǎn)動機(jī)器的軸）距離線圈很近，僅有幾毫米，線圈通電后產(chǎn)生一個高頻磁場，軸的表面在磁場的作用下產(chǎn)生渦流電流。同樣，渦流電流也會產(chǎn)生磁場，其場強(qiáng)大小與距離有關(guān)，該場強(qiáng)抵消由線圈產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度，影響檢測線圈的等效阻抗，而等效阻抗與線圈電感量有關(guān)，

3、因此就測得位移量。 圖圖1-2 1-2 渦流檢測探頭渦流檢測探頭 這種傳感器的結(jié)構(gòu)很簡單，主要由一個固定在框架上的扁平線圈組成。線圈可以粘貼在框架的端部，也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。圖2-1為某種型號的高頻反射式電渦流傳感器。 圖圖2-1 2-1 高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 電渦流傳感器的線圈與被測金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進(jìn)行測量的。因此，被測物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸和開關(guān)都與總的測量裝置特性有關(guān)。一般來說，被測物的電導(dǎo)率越高，傳感器的靈敏度也越高。 為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，當(dāng)被測物體是圓柱體時，被測導(dǎo)體直徑必須為線圈直徑的3.5倍

4、以上，否則靈敏度要降低。3.1 電橋電路 電橋法是將傳感器線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。圖3-1是電橋法的電原理圖，圖中線圈A和B為傳感器線圈。傳感器線圈的阻抗作為電橋的橋臂，起始狀態(tài)，使電橋平衡。在進(jìn)行測量時，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，使電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號進(jìn)行放大并檢波，就可得到與被測量成正比的輸出。電橋法主要用于兩個電渦流線圈組成的差動式傳感器。 這種方法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LC并聯(lián)諧振回路。 并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為: （3-13-1） LCf210 且諧振時回路的等效阻抗最大，等于 式中，R為回

5、路的等效損耗電阻。 當(dāng)電感L發(fā)生變化時，回路的等效阻抗和諧振頻率都將隨L的變化而變化，因此可以利用測量回路阻抗的方法或測量回路諧振頻率的方法間接測出傳感器的被測值。（3-23-2） 調(diào)頻式測量電路的原理是被測量變化引起傳感器線圈電感的變化，而電感的變化導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生變化，頻率變化間接反映了被測量的變化。見圖6-7電渦流式傳感器外形圖。 圖圖3-2 ST-13-2 ST-1電渦流式傳感器外形圖電渦流式傳感器外形圖 被測物體的表面要光滑、平坦。非鋼材被測體和小于三倍傳感器直徑的被測表面影響傳感器輸出特性。傳感器出廠時使用45#鋼標(biāo)定，被測對象不符合規(guī)定時應(yīng)重新標(biāo)定（型號不同的鋼材靈敏度誤差小于1

6、0%）。應(yīng)當(dāng)保持傳感器探頭周圍有足夠的空間，在3倍探頭直徑范圍內(nèi)，不應(yīng)由金屬體，傳感器安裝應(yīng)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動體臺階面，這樣可避免周圍金屬結(jié)構(gòu)的干擾，準(zhǔn)確測量振動值。傳感器可在有酸堿腐蝕的環(huán)境中使用。 見圖4-1安裝兩個鄰近傳感器時應(yīng)保證傳感頭之間有足夠的距離以防止交叉失真（如圖a），一般應(yīng)保留40mm的間隙。在徑向軸承附近安裝傳感器時（如圖b），傳感器中心線與軸承座表面的距離應(yīng)大于三倍傳感頭直徑，同時避免把傳感器安裝在不顯示任何振動的結(jié)點上（如圖c）。 （a a） （b b） （c c） 圖圖4-1 4-1 電渦流式傳感器安裝圖電渦流式傳感器安裝圖 在安裝傳感器之前，保證螺紋孔中不能有異物，且螺紋良好。當(dāng)把傳感頭擰入機(jī)架固定時，傳感器引線應(yīng)隨傳感頭自由旋