電渦流傳感器文獻(xiàn)綜述

1、電渦流傳感器文獻(xiàn)綜述摘要：傳統(tǒng)的檢測方法可靠性較低、具有破壞性、檢測速度較慢，無法滿足各種各樣的檢測要求，同時(shí)還會(huì)造成材料的浪費(fèi)。這時(shí)，就需要使用無損檢測的方法。電渦流傳感器具有對介質(zhì)不敏感、非接觸、全方位智能測量等特點(diǎn)，因此現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于對檢測行業(yè)中。本文通過前人已有的大量實(shí)例和實(shí)驗(yàn)，對電渦流傳感器的做了最基本的分類并且研究它們的異同，揭示了它在檢測行業(yè)中的重要地位，并且對電渦流傳感器的非線性部分補(bǔ)償做了進(jìn)一步改進(jìn)。關(guān)鍵詞：電渦流傳感器；基本原理；傳感器的分類；傳感器的應(yīng)用1、引言電渦流無損檢測是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無損檢測方法，相對于傳統(tǒng)的渦流無損檢測方法，電渦流檢測具有包含的頻

2、率分量豐富、檢測信號信息量大、時(shí)域分析方便等優(yōu)點(diǎn)。電渦流無損檢測采用的是電渦流傳感器，它的主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)速度快、測量的精度高、不受油液污染的影響、受外界磁場干擾小等。世界上第一臺渦流探傷儀誕生于1935年，并被應(yīng)用于檢驗(yàn)焊接鋼管質(zhì)量。渦流傳感器發(fā)展至今類型已經(jīng)多種多樣，并在工業(yè)生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是在無損探傷領(lǐng)域已經(jīng)成為一種不可或缺的無損檢測手段。本文基于前人已經(jīng)著述的十篇渦流無損檢測研究，從他們不同的應(yīng)用角度分析他們的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，并且對電渦流傳感器今后的應(yīng)用領(lǐng)域做出合理的預(yù)測。2、電渦流傳感器的基本原理根據(jù)麥克斯韋電磁場理論，金屬導(dǎo)體處于交變的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)部就會(huì)感應(yīng)產(chǎn)

3、生電流，這種感應(yīng)出來的電流在導(dǎo)體內(nèi)部就像水的旋渦那樣在導(dǎo)體的近表旋轉(zhuǎn)，由于其運(yùn)動(dòng)類似于漩渦所以被人們稱為電渦流，這種無法被人體感知的電渦流場就稱為電渦流效應(yīng)。電渦流式傳感器就是利用這種電渦流效應(yīng)的原理而發(fā)明的一種傳感器。從電磁學(xué)的角度可以把被測金屬板也可以簡化為一個(gè)簡單的感應(yīng)線圈，并且線圈與被測金屬板之間的互感系數(shù)將隨著線圈與被測金屬板之間的距離的減少而增大。被測導(dǎo)體的各種參數(shù)不同，既能引起電渦流傳感器線圈電阻R值的變化，也能引起線圈感抗L和線圈品質(zhì)因子Q值的變化。線圈阻抗Z與電阻率p、磁導(dǎo)率卩、檢測距離X、線圈激勵(lì)電流的頻率之間的函數(shù)關(guān)系，可以簡寫成Z=f（P,卩,若只改變其中的某一個(gè)參數(shù)，

4、而控制其他參數(shù)恒定不變，這樣阻抗Z就可以表示成只與這個(gè)參數(shù)相關(guān)聯(lián)的單值函數(shù)。通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化，輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對金屬物位移、振動(dòng)等參數(shù)的測量。3、電渦流式傳感器的種類高頻反射式電渦流式傳感器：這種傳感器結(jié)構(gòu)很簡單，主要元件是一個(gè)固定于傳感器端部的線圈。當(dāng)被測導(dǎo)體與線圈之間的間隙發(fā)生變化時(shí)，就引起線圈電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)變化，從而能在接到線圈上的測量電路內(nèi)得到正比于間隙變化的電流或電壓變化。為改善性能可在線圈內(nèi)加入磁芯。低頻透射式電渦流式傳感器：

5、它由分別位于被測金屬板材兩面的發(fā)射線圈和接收線圈組成，適于測量金屬板材的厚度。發(fā)射線圈L1接到振蕩器上后所產(chǎn)生的磁力線穿過金屬板M,于是在接收線圈L2兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓u2。由于金屬板內(nèi)產(chǎn)生電渦流使到達(dá)L2的磁力線減小。金屬板的厚度S越大，透射的磁力線越少，因而u2也就越小。u2與S之間呈指數(shù)變化關(guān)系：u2xe-S/h，式中h為磁力線的貫穿深度。貫穿深度取決于激勵(lì)頻率，為使貫穿深度大于板材厚度，要將頻率選得低些。頻率低還可改善線性度。激勵(lì)頻率一般選在500赫左右。螺管型：這種傳感器由螺管和插入螺管的短路套筒組成，套筒與被測物體相連。套筒沿軸向移動(dòng)時(shí)，電渦流效應(yīng)引起螺管阻抗變化。這種傳感器有較好的

6、線性度，但是靈敏度較低，具有與螺管型電感式傳感器（見電感式傳感器）相似的特性，但沒有鐵損。變面積型：這種傳感器由繞在扁矩形框架上的線圈構(gòu)成，它利用被測導(dǎo)體和傳感器線圈之間相對覆蓋面積的變化所引起的電渦流效應(yīng)強(qiáng)弱的變化來測量位移。為補(bǔ)償間隙變化引起的誤差常使用兩個(gè)串接的線圈，置于被測物體的兩邊。它的線性測量范圍比變間隙型的大，而且線性度較高。變間隙型：這種傳感器結(jié)構(gòu)很簡單，主要元件是一個(gè)固定于傳感器端部的線圈。當(dāng)被測導(dǎo)體與線圈之間的間隙發(fā)生變化時(shí)，就引起線圈電感、阻抗和品質(zhì)因數(shù)變化，從而能在接到線圈上的測量電路內(nèi)得到正比于間隙變化的電流或電壓變化。為改善性能可在線圈內(nèi)加入磁芯。4、電渦流式傳感器

7、的應(yīng)用電渦流式傳感器能實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，而且是根據(jù)與被測導(dǎo)體的耦合程度來測量，因此可以通過靈活設(shè)計(jì)傳感器的構(gòu)形和巧妙安排它與被測導(dǎo)體的布局來達(dá)到各種應(yīng)用的目的。在測量位移方面，除可直接測量金屬零件的動(dòng)態(tài)位移、汽輪機(jī)主軸的軸向竄動(dòng)等位移量外，它還可測量如金屬材料的熱膨脹系數(shù)、鋼水液位、紗線張力、流體壓力、加速度等可變換成位移量的參量。在測量振動(dòng)方面，它是測量汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸的徑向振動(dòng)和汽輪機(jī)葉片振幅的理想器件。還可以用多個(gè)傳感器并排安置在軸側(cè)，并通過多通道指示儀表輸出至記錄儀，以測量軸的振動(dòng)形狀并繪出振型圖。在測量轉(zhuǎn)速方面，只要在旋轉(zhuǎn)體上加工或加裝一個(gè)有凹缺口的圓盤狀或齒輪狀的金屬體，并配

8、以電渦流傳感器，就能準(zhǔn)確地測出轉(zhuǎn)速。此外，利用導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系，保持線圈與被測導(dǎo)體之間的距離及其他參量不變，就可以測量金屬材料的表面溫度，還能通過接觸氣體或液體的金屬導(dǎo)體來測量氣體或液體的溫度。/5、結(jié)論電渦流傳感器系統(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。對汽輪機(jī)、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)行在線測量和保護(hù)。在日新月異的生活中仍扮演著不可或缺的角色。但是如果被測對象的材料不同，定頻、調(diào)幅式、變頻調(diào)幅式傳感器的靈敏度和線性范圍都要改變，必須重新矯

9、校正。就是對同一種被測材料來說，如果被測表面的材質(zhì)不均勻，或者工件內(nèi)部有裂痕，都會(huì)影響測量結(jié)果。測量軸振動(dòng)時(shí)，軸的不圓度也將反映的振幅值中。所以測量時(shí)要選擇合適的測量點(diǎn)和均質(zhì)光滑的測量表面。要測量準(zhǔn)確，對被測體的幾何形狀也是有一定要求的。當(dāng)被測體為平板形時(shí)，傳感器頭部應(yīng)該有一定的空間，而不能有導(dǎo)電導(dǎo)體材料。同時(shí)還有被測體要大于傳感器直徑的三倍，否則會(huì)使靈敏度降低。如果別測體為圓柱時(shí)，其直徑必須為傳感器線圈直徑的三倍以上。被測體厚度不能太薄，對一般鋼材來說，其厚度要大于0.2mm。所以電渦流傳感器的量程小也是一個(gè)待突破的難點(diǎn)，并且如何改善電渦流傳感器在環(huán)境惡劣條件下的工作也有待于深入研究。6、參

10、考文獻(xiàn)熊炳衛(wèi)擺動(dòng)式焊縫跟蹤渦流傳感器特性研究D.湘潭大學(xué),2011.張金玲，呂英華，弭強(qiáng)等.電渦流傳感器在硬幣清分和識別中的應(yīng)用研究C./第20屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會(huì)議2010.劉利秋.基于電渦流傳感器測厚及材質(zhì)鑒別的研究J.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006,23(5).DOI:10.3969/j.issn.2095-1248.2006.05.026.呂云騰.高溫電渦流位移傳感器分析與設(shè)計(jì)D.浙江大學(xué)，2014.彭澤.一種電容式直線位移傳感器設(shè)計(jì)與研究.北方工業(yè)大學(xué)碩士論文D.2014-6-30.汪云，張幽彤，文U興華，etal.車用電渦流位移傳感器研究J.襄樊學(xué)院學(xué)報(bào)，2001,:58-61.陳輝，鐘以波，顧軍.基于電渦流傳感器測量汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的研究J.傳感器世界，2011,17(11).