電渦流傳感器的研究與探討

1、 檔案編號(hào)：畢 業(yè) 設(shè) 說(shuō) 明 書(shū)題目：電渦流傳感器的研究與探討系 別：電氣工程系專 業(yè)：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化班 級(jí)：姓 名： 指導(dǎo)教師： （共 18 頁(yè)） 年 月 日摘要：電渦流傳感器是基于渦流效應(yīng)的新型傳感器。由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、非接觸、響應(yīng)速度快、不受油污等介質(zhì)影響等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但目前的電渦流位移傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問(wèn)題，這給傳感器的應(yīng)用造成了一定的影響。 本文首先通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室所用的電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娐愤M(jìn)行研究和優(yōu)化，進(jìn)而提高電路的抗干擾能力使測(cè)量結(jié)果的更加準(zhǔn)確。其次針對(duì)電渦流位移傳感器存在的測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問(wèn)題的

2、改善提出設(shè)想即：先對(duì)電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈截面形狀及參數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響；再?gòu)碾娐吩O(shè)計(jì)方面提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量程打下基礎(chǔ)；最后通過(guò)對(duì)電渦流傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析處理得出電渦流傳感器位移測(cè)量范圍的擴(kuò)展方法和改善電渦流傳感器非線性問(wèn)題的方法。關(guān)鍵詞：電渦流傳感器 ; 位移測(cè)量 ; 非線性 ; 測(cè)量范圍Abstract: the eddy current sensor is a new type of sensor based on eddy current effect. Because it i

3、s simple in structure, strong anti-jamming capability, high accuracy, non-contact, fast response, not polluted advantages such media influence, and been widely used. But the current electricity eddy displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem, the sensor to a sensor ap

4、plications has caused some influence. This paper firstly eddy current sensor used in the laboratory experiment template circuit research and optimization, and improve the anti-interference ability of the circuit more accurate measurement results. Secondly according to the eddy current displacement s

5、ensor measurement range small, there exist nonlinear problem of sensor to improve it puts forward the idea of the eddy current is: first displacement detection sensors for displacement of the working principles and applications, research analyzed the coil cross-section shape and eddy current transdu

6、cer parameters on the linear measurement range and sensitivity influence; Again from circuit design of the sensor to improve stability and anti-jamming ability, so as to lay a foundation displacement measurement; extended range Finally based on displacement experiment eddy current sensors that analy

7、zed with eddy current sensor displacement measurement range of extension methods and improving the eddy current sensor method of nonlinear problems. Keywords: the eddy current sensor; Displacement measurement; Nonlinear; Measurement range 目 錄1引言 4 1.1渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.2課題研究方案及研究意義 52電渦流傳感器的原理及應(yīng)用描述 62.

8、1電渦流傳感器的簡(jiǎn)介 6 2.1.1傳感器構(gòu)成及電渦流傳感器的工作原理 6 2.1.2電渦流傳感器等效電路分析 7 2.2電渦流傳感器的應(yīng)用 83電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì) 9 3.1電渦流傳感器側(cè)位移原理 93.2數(shù)據(jù)處理 10 3.3實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論的應(yīng)用整合描述 134設(shè)想 13 4.1對(duì)電渦流傳感器測(cè)量范圍小和非線性問(wèn)題改善的設(shè)想 13 4.1.1檢測(cè)線圈的選擇 13 4.1.2檢測(cè)線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 4.2電路設(shè)計(jì)的方向 14 4.3設(shè)想總結(jié) 145 CSY-2000D型傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)臺(tái)維修記錄 15結(jié) 論 17參考文獻(xiàn) 17致 謝 181引言1.1渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 早在1

9、824年，加貝(Gambey)就發(fā)現(xiàn)：如果懸掛著而且正在擺動(dòng)的磁鐵下方放一塊銅板，磁鐵的擺動(dòng)會(huì)很快停止下來(lái)。這是首次發(fā)現(xiàn)電渦流存在的實(shí)驗(yàn)。幾年以后，傅科(Foucault)在研究了這些電磁現(xiàn)象后指出：在強(qiáng)的不均勻磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的銅盤(pán)中有電流存在。因此，渦流在一段時(shí)間內(nèi)叫傅科電流。1831年，法拉第(Faraday)在前人電磁實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象：變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)，并總結(jié)出電磁感應(yīng)定律。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后，對(duì)電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究和對(duì)電磁基本理論問(wèn)題的數(shù)學(xué)分析都獲得了巨大的進(jìn)展。到1873年，麥克斯韋(Maxwell)系統(tǒng)的總結(jié)了前人有關(guān)電磁學(xué)說(shuō)的全部成就并加以發(fā)展，得出了一組以他的名

10、字命名的電磁方程組。這組著名的麥克斯維方程組嚴(yán)整地描述了一切宏觀電磁現(xiàn)象，是解決大多數(shù)電磁學(xué)問(wèn)題的基本理論工具，也是分析渦流實(shí)驗(yàn)方法的理論基礎(chǔ)。首先將電渦流現(xiàn)象和測(cè)量方法聯(lián)系起來(lái)的是休斯(DEHu曲es)在1 879年的實(shí)驗(yàn)。休斯首先用感生電流的方法進(jìn)行了對(duì)不同金屬和合金的判斷試驗(yàn)。他利用鐘的滴答聲在微音器里產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，得到的電脈沖通過(guò)一對(duì)彼此相同的線圈并使放在線圈里的金屬物體感生渦流。在用電話聽(tīng)筒諦聽(tīng)這個(gè)滴答聲的同時(shí)調(diào)節(jié)一個(gè)平衡線圈系統(tǒng)，使話筒里的滴答聲消失。休斯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬材料的形狀、大小和成分不同時(shí)，平衡線圈所需調(diào)節(jié)的程度不同，從而揭示了應(yīng)用渦流對(duì)導(dǎo)電材料和零件進(jìn)行檢測(cè)的可能性。休斯以

11、后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，渦流檢測(cè)法一直發(fā)展緩慢。盡管在二十世紀(jì)二十年代中期又出現(xiàn)了渦流測(cè)厚儀，第一臺(tái)渦流探傷儀(用于檢驗(yàn)焊接鋼管質(zhì)量)也于1935年研制成功，但是，直到第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)和美國(guó)等少數(shù)國(guó)家的研究單位和大型企業(yè)才開(kāi)始應(yīng)用少量實(shí)用化的渦流檢測(cè)設(shè)備。例如，1942年，德國(guó)的某航空工廠借助于西普研制的儀器對(duì)進(jìn)廠的鋁、鎂合金管材和棒材進(jìn)行100的自動(dòng)化檢查。這一時(shí)期由于理論上的局限性，抑制各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)渦流檢測(cè)的影響還未找到有效的方法，因而，沒(méi)有從根本上取得有成效的突破和改進(jìn)。1950一-1954年，德國(guó)的福斯特(Foerster)博士發(fā)表了一系列論文，其中包括消除渦流儀中某些干擾因素的理

12、論和試驗(yàn)結(jié)果，開(kāi)啟了現(xiàn)代渦流檢測(cè)方法和設(shè)備的研究工作。從此，渦流檢測(cè)技術(shù)得到較快的發(fā)展并為生產(chǎn)檢驗(yàn)所采納。近年來(lái)，渦流檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為幾種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分。六十年代初我國(guó)少數(shù)單位開(kāi)始對(duì)渦流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行基本理論和應(yīng)用技術(shù)的研究，制成了用于探傷、材質(zhì)分選、測(cè)厚等各種用途的渦流檢測(cè)設(shè)備，成立了渦流儀器生產(chǎn)的專業(yè)工廠，在航空航天、冶金、機(jī)械、化工、輕工等許多工業(yè)部門(mén)，渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用己同益增多并日趨成熟。近年來(lái)，我國(guó)以清華大學(xué)和南京航空航天大學(xué)為代表的大專院校和科研單位，在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和三維缺陷阻抗圖的研究方面取得了很大進(jìn)展。在現(xiàn)代社會(huì)，信息技術(shù)是由傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技

13、術(shù)組成的。它們共同承擔(dān)信息采集、處理和傳輸任務(wù)。隨著電子技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息理論的飛速發(fā)展，渦流檢測(cè)技術(shù)受到深刻的影響并展現(xiàn)出新的前景。從渦流檢測(cè)儀器的發(fā)展歷程來(lái)看，可分為五代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品是以分立元件為基礎(chǔ)，采用簡(jiǎn)單諧振方式的一維顯示模擬儀器，只有一種檢測(cè)頻率；第二代產(chǎn)品是以阻抗平面分析法為基礎(chǔ)，部分采用集成電路技術(shù)的二維顯示模擬檢測(cè)儀器，檢測(cè)時(shí)可以選用不同的激勵(lì)頻率以適應(yīng)不同檢測(cè)材料的要求；第三代產(chǎn)品是多頻渦流儀，檢測(cè)時(shí)對(duì)探頭同時(shí)施加兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的檢測(cè)頻率，利用不同頻率下被檢金屬材料反射阻抗不同的原理，提高了對(duì)材料特性或缺陷的檢測(cè)能力，并通過(guò)混頻處理抑制干擾信號(hào)，達(dá)到去偽存

14、真的目的；第四代產(chǎn)品是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化、數(shù)字化產(chǎn)品，其特點(diǎn)是能夠大大簡(jiǎn)化操作，提高檢測(cè)效率和數(shù)據(jù)處理能力，并具備頻譜分析、渦流成像等功能；第五代產(chǎn)品是DSP技術(shù)、陣列技術(shù)、多通道技術(shù)、通信傳輸技術(shù)及其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相互融合為一體的多功能儀器，它能夠?qū)θ毕葸M(jìn)行檢測(cè)、分析、判斷，并通過(guò)對(duì)其他技術(shù)的輔助檢測(cè)，驗(yàn)證其結(jié)果的正確性。因此，可以說(shuō)第五代產(chǎn)品是當(dāng)代最先進(jìn)的電子信息技術(shù)之集成，是電磁檢測(cè)技術(shù)的一大飛躍。在渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)以下幾種新的技術(shù)方向：1. 多頻渦流檢測(cè)技術(shù)和脈沖技術(shù)2. 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)技術(shù)3. 渦流陣列測(cè)試技術(shù)4. 磁光/渦流成像檢測(cè)技術(shù)1.2課題研究方案及研究意義

15、本次課題是通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室所用的電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓碾娐愤M(jìn)行研究、優(yōu)化，進(jìn)而提高電路的抗干擾能力使測(cè)量結(jié)果的更加準(zhǔn)確。接著對(duì)改善電渦流位移傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)想。步驟如下：1. 對(duì)電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈截面形狀及參數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響。2. 從電路設(shè)計(jì)方面提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量程打下基礎(chǔ)。3. 對(duì)電渦流傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得出解決量程擴(kuò)展和非線性問(wèn)題。最后一部分是本次做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室CSY-2000D型傳感器檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)臺(tái)的維修進(jìn)行記錄。

16、2電渦流傳感器的原理及應(yīng)用 電渦流傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、頻率響應(yīng)快、靈敏度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用已非常廣泛，本節(jié)將會(huì)對(duì)其工作原理機(jī)應(yīng)用進(jìn)行介紹。2.1 電渦流傳感器的簡(jiǎn)介2.1.1傳感器構(gòu)成及電渦流傳感器的工作原理傳感器構(gòu)成框圖如下圖2-1：測(cè)量電路傳感元件敏感元件 被測(cè)量非電量電參量 電量 圖（2-1）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)傳感器探頭線圈通以正弦交變電流i1時(shí)，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H1，它使置于此磁場(chǎng)中的被測(cè)金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流，如圖2-2中所示。與此同時(shí)，電渦流i2又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)H2；H2與H1方向相反，并力圖削弱H1，從而導(dǎo)致探頭線圈的等效電阻相應(yīng)地發(fā)生

17、變化。其變化程度取決于被測(cè)金屬導(dǎo)體的電阻率，磁導(dǎo)率，線圈與金屬導(dǎo)體的距離x，以及線圈激勵(lì)電流的頻率f等參數(shù)。如果只改變上述參數(shù)中的一個(gè)，而其余參數(shù)保持不變，則阻抗Z就成為這個(gè)變化參數(shù)的單值函數(shù)，從而確定該參數(shù)的大小。電渦流傳感器的工作原理，如圖2-2所示：線圈 H1 i1 H2 金屬導(dǎo)體 H2 （ x i2圖（2-2）電渦流工作原理2.1.2 電渦流傳感器等效電路分析為了便于分析，把被測(cè)金屬導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個(gè)短路環(huán)中的電流，這樣就可以得到如圖2-3所示的等效電路。 Ì1 M Ì2 注：圖中U1為Ù1圖(2-3)電渦流傳感器等效電路圖中R1，L1為傳感器探

18、頭線圈的電阻和電感，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其中R2，L2為被測(cè)導(dǎo)體的電阻和電感。探頭線圈和導(dǎo)體之間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距離的減小而增大。U1為激勵(lì)電壓，根據(jù)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： (2-1) 經(jīng)求解方程組，可得Ì1和Ì2表達(dá)式：(2-2)由此可得傳感器線圈的等效阻抗為: (2-3)從而得到探頭線圈等效電阻和電感。通過(guò)式（2-4）的方程式可見(jiàn)：渦流的影響使得線圈阻抗的實(shí)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。所以電渦流傳感器的工作原理，實(shí)質(zhì)上是由于受到交變磁場(chǎng)影響的導(dǎo)體中產(chǎn)生的

19、電渦流起到調(diào)節(jié)線圈原來(lái)阻抗的作用。 (2-4)因此，通過(guò)上述方程組的推導(dǎo)，可將探頭線圈的等效阻抗Z表示成如下一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系：本函數(shù)關(guān)系是一個(gè)多自變量的函數(shù)關(guān)系，雖然本函數(shù)關(guān)系為多自變量，但仍然非常適用，在生產(chǎn)產(chǎn)品的過(guò)程中所使用的數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)中得出的數(shù)據(jù)。其中，x為檢測(cè)距離；為被測(cè)體磁導(dǎo)率；為被測(cè)體電阻率；f為線圈中激勵(lì)電流頻率。所以，當(dāng)改變?cè)摵瘮?shù)中某一個(gè)量，而固定其他量時(shí)，就可以通過(guò)測(cè)量等效阻抗Z的變化來(lái)確定該參數(shù)的變化。在目前的測(cè)量電路中，有通過(guò)測(cè)量L或Z等來(lái)測(cè)量x,p,f的變化的電路。2.2電渦流傳感器的應(yīng)用電渦流傳感器系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對(duì)汽輪機(jī)、

20、水輪機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、空分機(jī)、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉(zhuǎn)速、脹差、偏心、以及轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗(yàn)等進(jìn)行在線測(cè)量和保護(hù)?？蓽y(cè)量?jī)?nèi)容如下：金屬元件合格測(cè)量換向片測(cè)量裂痕測(cè)量軸承測(cè)量非導(dǎo)電材料厚度測(cè)量表面不平整度測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量差動(dòng)測(cè)量振動(dòng)測(cè)量軸心軌跡測(cè)量脹差測(cè)量偏心測(cè)量等。3電渦流傳感器試驗(yàn)電路設(shè)計(jì)位移的測(cè)量方式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的，一般來(lái)說(shuō)小位移的測(cè)量通常有應(yīng)變式、電感式、差動(dòng)變壓器式、渦流式、霍爾傳感器等方法來(lái)檢測(cè)，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術(shù)來(lái)測(cè)量，由于電磁測(cè)量方法能直接輸出電信號(hào)，方便轉(zhuǎn)化，易于控制，所以應(yīng)用的最為廣

21、泛。電渦流傳感器就屬于電磁法的一種，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，靈敏度高，分辨率高，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量受介質(zhì)。與接觸式測(cè)量傳感器相比，非接觸測(cè)量的方法由于不接觸可以減少磨損；與其他類型的位移傳感器相比較，電渦流位移傳感器具有長(zhǎng)期工作可靠性好、測(cè)量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、不受油污影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。3.1電渦流傳感器側(cè)位移電路原理1）電渦流傳感器測(cè)量電路圖（3.1.1）電渦流傳感器安裝示意圖 圖（3.1.2）電渦流位移傳感器實(shí)驗(yàn)電路2）電渦流傳感器側(cè)位移實(shí)驗(yàn)基本原理通過(guò)交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈

22、旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離x等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而改變磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線圈與金屬體表面不接觸），當(dāng)線圈與金屬以表面的距離x以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。3.2數(shù)據(jù)處理1.根據(jù)電渦流傳感器側(cè)位移實(shí)驗(yàn)接線圖接線2.求取電壓與位移的函數(shù)關(guān)系在這之前首先要對(duì)電壓表進(jìn)行校零, 因?yàn)楫?dāng)電壓表示數(shù)為零時(shí), 在理想狀態(tài)下測(cè)微頭值應(yīng)該為零, 但實(shí)際測(cè)微頭讀數(shù)不為零, 記下當(dāng)前位移值(補(bǔ)償值) , 在以后測(cè)量中, 輸出位移值都要進(jìn)行補(bǔ)償(

23、即減去補(bǔ)償位移值) 就得到了理論位移。“電壓(測(cè)量值) ”顯示件用來(lái)直接顯示位移傳感器的輸出電壓值; “位移(理論值) ”用來(lái)表示補(bǔ)償后的位移值。電壓表校零后，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開(kāi)關(guān)切換到20V檔，檢查接線無(wú)誤后開(kāi)啟住機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，記錄十個(gè)數(shù)據(jù)，繪出電壓與位移的函數(shù)圖形。分別在側(cè)每隔0.5mm、1mm、2mm讀一個(gè)數(shù)的十組數(shù)據(jù)。X(mm)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9V(v)00.070.160.250.340.440.540.660.760.87 表（1）X(mm)00.51.01.52.

24、02.53.03.54.04.5V(v)00.430.961.592.283.033.804.575.336.03 表(2)X(mm)0123456789V(v)00.972.273.795.336.707.808.659.319.80 表(3)X(mm)024681012141618V(v)02.265.297.779.3210.1810.6610.6910.6910.69 表(4) 函數(shù)圖中曲線1為理想曲線，曲線2為數(shù)據(jù)表所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線。對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并和其所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過(guò)四組之間的對(duì)比分析得出結(jié)論：傳感器所測(cè)位移的線性范圍在1.25mm-2.08mm之間，而傳感器的外

25、徑為6.25mm。3.3實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論的應(yīng)用整合描述 由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和V-X曲線分析得到：由于電渦流效應(yīng)的特性，傳感器的線性量程很小，一般傳感器的線性量程只有傳感器探頭外徑的1/3-1/5。4設(shè)想 對(duì)改善電渦流位移傳感器存在著測(cè)量范圍小，傳感器存在非線性問(wèn)題進(jìn)行了設(shè)想。具體如下：4.1對(duì)電渦流傳感器測(cè)量范圍小和非線性問(wèn)題改善的設(shè)想對(duì)電渦流位移傳感器用于位移檢測(cè)的工作原理及應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了線圈截面形狀及參數(shù)變化對(duì)渦流傳感器線性測(cè)量范圍和靈敏度的影響。4.1.1檢測(cè)線圈的選擇電渦流位移傳感器的檢測(cè)線圈是傳感器的核心部分，它的各種參數(shù)，如形狀，內(nèi)徑，外徑，厚度，以及纏繞用的材料都與傳感器的性能參數(shù)有很

26、大的關(guān)系。 對(duì)于檢測(cè)線圈的參數(shù)的選擇，我們總結(jié)前人研究成果，可以得出以下幾點(diǎn)： 1) 從形狀對(duì)比：線圈截面面積對(duì)傳感器性能有直接影響,不同截面的線圈產(chǎn)生的集膚效應(yīng)不同，對(duì)于用于位移量檢測(cè)的電渦流傳感器，圓柱線圈比矩形柱線圈更適用 ； 2) 當(dāng)線圈匝數(shù)密度相同時(shí)，線圈內(nèi)徑越小、外徑越大、厚度越厚，傳感器的靈敏度就越高，線性范圍越小。反之也成立； 3) 線圈匝數(shù)密度對(duì)傳感器性能影響較大，在相同的線圈幾何參數(shù)下，線圈的匝數(shù)密度越大，傳感器的靈敏度越高，線性范圍越大； 4) 線圈截面形狀對(duì)傳感器性能產(chǎn)生重要影響， 其中倒梯形截面線圈磁場(chǎng)能量損失最少，在相同的位置磁場(chǎng)強(qiáng)度變化梯度最大。 根據(jù)以上總結(jié)前人

27、的研究，得出：漆包線的直徑越小，線圈匝數(shù)密度越大，而匝數(shù)越大，傳感器的靈敏度就會(huì)越高，線性范圍也越大。 4.1.2檢測(cè)線圈的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電渦流傳感器的檢測(cè)線圈對(duì)傳感器的性能有著很大的影響，因此在繞制線圈的過(guò)程中，框架材料的選擇也是非常重要的。為了減少溫漂和干擾，我們要求傳感器線圈的損耗小，熱膨脹系數(shù)小，電性能好，因此在制作的時(shí)候多選用聚四氟乙烯，陶瓷，聚酰亞胺，碳化硼等材料；線圈的導(dǎo)線也是一個(gè)很重要的因素，一般采用高強(qiáng)度漆包銅線，如果要求更高，就要使用銀線和銀合金線，在高溫條件下使用可以用錸鎢合金線。4.2電路設(shè)計(jì)的方向從電路設(shè)計(jì)方面提高傳感器的穩(wěn)定性及抗干擾能力，從而為位移測(cè)量擴(kuò)展量程打下

28、基礎(chǔ)。1) 電渦流傳感器的非線性問(wèn)題 在傳統(tǒng)標(biāo)定的過(guò)程中我們希望儀表的輸入一輸出關(guān)系具有直線特性，這樣在信號(hào)分析電路部分可以很簡(jiǎn)單的用一個(gè)相移電路和放大電路就讓輸出電壓和位移有一個(gè)很明確簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而且可以使傳感器在測(cè)量范圍內(nèi)具有相同的靈敏度。但實(shí)際上許多輸入輸出關(guān)系并不具有直線關(guān)系，這樣會(huì)使測(cè)量電路復(fù)雜化。由于實(shí)際測(cè)量的過(guò)程中，傳感器的非線性性的存在就給傳感器的測(cè)量帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題： 1.輸出曲線經(jīng)過(guò)擬合使實(shí)際曲線失真，最后輸出的結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有較大的誤差；2.由于傳感器線性度的限制，傳感器最后的有效量程大大減小了，非線性部分的結(jié)果將變成無(wú)效的結(jié)果。 針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題，設(shè)想結(jié)合虛擬儀器和p

29、c機(jī)提出了一種方法，改善以上的問(wèn)題。 2) 傳感器人工標(biāo)定的誤差問(wèn)題 傳感器標(biāo)定裝置在制造的過(guò)程中，儀器本身難免會(huì)存在微小誤差；而工作人員在目測(cè)讀數(shù)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)誤差，因此傳感器的測(cè)量結(jié)果和工作人員的自身素質(zhì)有關(guān)。作為傳感器的標(biāo)定人員，由于常年重復(fù)同的工作，體力和心理上都會(huì)出現(xiàn)疲憊，這樣也會(huì)產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)誤差。但如果使用虛擬儀器和pc機(jī)結(jié)合的方法則可有效避免這種情況的發(fā)生。4.3設(shè)想總結(jié)對(duì)電渦流位移傳感器實(shí)際等效電路進(jìn)行分析研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出電渦流位移傳感器的諧振頻率，分析比較各種電渦流位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，最后設(shè)計(jì)出了一種穩(wěn)定的電渦流傳感器電路；對(duì)電渦流位移傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的標(biāo)定，克服之前傳統(tǒng)標(biāo)定誤差

30、大的缺陷，對(duì)信號(hào)用matlab軟件進(jìn)行處理，擴(kuò)展了傳感器的測(cè)量范圍；采用虛擬儀器與pc機(jī)結(jié)合的方法解決傳感器非線性性的存在所帶來(lái)的問(wèn)題。采用上述設(shè)想設(shè)計(jì)電路可改善傳感器的非線性和量程小的問(wèn)題。5 CSY-2000D型傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)臺(tái)維修記錄 CSY2000系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、溫度源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、傳感器、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌、示波器等組成。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主機(jī)箱可提供高穩(wěn)定的±15V、±5V、+5V、±2V-±10V（步進(jìn)可調(diào)）、+2V-+24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號(hào)源（音頻振蕩器）1KHz10KHz（連

31、續(xù)可調(diào)）；低頻信號(hào)源（低頻振蕩器）1Hz30Hz（連續(xù)可調(diào)）；氣壓源020Kpa（可調(diào)）；溫度（轉(zhuǎn)速）智能調(diào)節(jié)儀；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱面板上裝有電壓、頻率轉(zhuǎn)速、氣壓、計(jì)時(shí)器數(shù)顯表；漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)等。 由于做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)要經(jīng)常用到實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的一些實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能塊和模塊是壞的，如：電壓表、計(jì)時(shí)器、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０搴娃D(zhuǎn)動(dòng)源等。為了使實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能在課堂實(shí)驗(yàn)中正常使用，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)０暹M(jìn)行維修并做了如下記錄：1.電壓表功能塊的維修檢修步驟：1）觀察電路板上的元件是否有明顯的損壞，觀察電路板接線是否有明顯的燒焦及斷線、短接等現(xiàn)象。如有的話則進(jìn)行維修，維修后檢測(cè)所謂修電路是否可以正常使用，

32、若可正常使用則維修完畢。2）如無(wú)明顯故障，則需使用萬(wàn)用表對(duì)電路板接線進(jìn)行線路排查即排線。若排線存在故障，則對(duì)其進(jìn)行維修，直到所有線路排查接通無(wú)誤，然后檢測(cè)所維修電路是否可以正常使用，若可正常使用則維修完畢。3）如排線后所有接線正常接通，則需對(duì)電路板上的所有元器件進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)出損壞的元器件并進(jìn)行更換。直到所有元器件檢測(cè)無(wú)誤后，檢測(cè)所維修電路是否可以正常使用，若可正常使用則維修完畢。 電壓表功能塊原理圖(5.1)實(shí)驗(yàn)臺(tái)2電壓表功能塊損壞，經(jīng)過(guò)檢查后發(fā)現(xiàn)是電路板接線有斷線，對(duì)斷線進(jìn)行焊接后檢測(cè)電壓表可正常使用，所以實(shí)驗(yàn)臺(tái)2的故障為電路板接線斷線。實(shí)驗(yàn)臺(tái)3電壓表功能塊損壞，經(jīng)過(guò)對(duì)電路板接線的排線，發(fā)現(xiàn)接線正常接通，對(duì)電路板上元器件的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)是晶體管內(nèi)部損壞，因無(wú)法判斷其型號(hào)最終安裝一塊新電壓表。2.應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓木S修應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?605和3602調(diào)節(jié)旋鈕損壞無(wú)法正常調(diào)節(jié)，打開(kāi)模板檢查后發(fā)現(xiàn)旋鈕接線斷開(kāi)、用于固定