電渦流式傳感器

1、電渦流式傳感器傳感器與檢測(cè)技術(shù) 電渦流式傳感器 它能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，如位移、振動(dòng)、厚度、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、硬度等參數(shù)。這種傳感器還可用于無(wú)損探傷。原理如下圖示。 這是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。1.1 結(jié)構(gòu)原理與特性 如下圖，當(dāng)通過(guò)金屬體的磁通變化時(shí)，就會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為渦流效應(yīng)。 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(lì)電流頻率以及線圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離等因素有關(guān)。MR1R2L2L1U1I1I2 線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感都

2、是該系統(tǒng)互感平方的函數(shù)。而互感是隨線圈與金屬導(dǎo)體間距離的變化而改變的。 其等效電路如上圖所示，R1、L1為傳感器線圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L(zhǎng)2。線圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。1.1.1 高頻反射式電渦流傳傳感器 1、結(jié)構(gòu)：由一個(gè)固定在框架上的扁平線圈組成。 為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，對(duì)于平板型的被測(cè)體則要求被測(cè)體的半徑應(yīng)大于線圈半徑的1.8倍，否則靈敏度要降低。當(dāng)被測(cè)物體是圓柱體時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體直徑必須為線圈直徑的3.5倍以上，靈敏度才不受影響。2、原理 電渦流傳感器的線圈與被測(cè)金屬導(dǎo)體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種

3、耦合程度的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。因此，被測(cè)物體的物理性質(zhì)，以及它的尺寸和開關(guān)都與總的測(cè)量裝置特性有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，被測(cè)物的電導(dǎo)率越高，傳感器的靈敏度也越高。1. 結(jié)構(gòu) 傳感器包括發(fā)射和接收線圈，并分別位于被測(cè)材料上、下方。1.1.2 低頻透射式電渦流傳感器 這種傳感器采用低頻激勵(lì)，因而有較大的貫穿深度，適合于測(cè)量金屬材料的厚度。2. 原理 由振蕩器產(chǎn)生的e1加到發(fā)射線圈L1兩端。 若兩線圈間無(wú)金屬導(dǎo)體，則L2的磁力能較多穿過(guò)L2，在L2上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓e2最大。 如果在兩個(gè)線圈之間設(shè)置一金屬板，由于在金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流，該電渦流消耗了部分能量，使到達(dá)線圈L2的磁力線減小，從而引起e2的下降。 線圈L

4、2的感應(yīng)電壓與被測(cè)厚度的增大按負(fù)冪指數(shù)的規(guī)律減小， 為了較好地進(jìn)行厚度測(cè)量，激勵(lì)頻率應(yīng)選得較低。頻率太高，貫穿深度小于被測(cè)厚度，不利進(jìn)行厚度測(cè)量，通常選1kHz左右。 一般地，測(cè)薄金屬板時(shí)，頻率應(yīng)略高些，測(cè)厚金屬板時(shí)，頻率應(yīng)低些。如下圖在測(cè)量較小的材料時(shí)，應(yīng)選較低的頻率（如500Hz），測(cè)量較大的材料，則應(yīng)選用較高的頻率（如2kHz），從而保證在測(cè)量不同材料時(shí)能得到較好的線性和靈敏度。1.2 測(cè)量電路 1.2.1 電橋電路 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，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(hào)進(jìn)行放大并檢波，就可得到與被測(cè)量成正比的輸出。1.2.2 諧振法。 諧振法主要有調(diào)幅式電路和調(diào)頻式電路