電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)

1、電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。二、基本原理：電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器由傳感器線 圈和被測(cè)物體（導(dǎo)電體一金屬渦流片）組成，如圖所示。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈 （一個(gè)扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一般為1MHz2MHz） I1時(shí)，線圈周圍空間會(huì) 產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表 面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行閉合的電流12,而I2所形成的磁通鏈又穿過傳感器線圈，這樣線 圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感，從而導(dǎo)致傳感器 線圈的阻抗Z發(fā)

2、生變化。我們可以把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦等效成一個(gè)短路環(huán)，這樣就可得 到如圖中的等效電路。圖中R1、L1為傳感器線電渦流傳感器原理圖電渦慌傳感器等效電路圖圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L2。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。根據(jù)等效電路可列出電路方程組：頂 Ji 十 /血。1- L =TJy通過解方程組，可得11、12。因此傳感器線圈的復(fù)阻抗為:火1 + T用火1 + T用+g)線圈的等效電感為：L-L _匚尸M1七+線圈的等效Q值為：Q =/ 亶-（土妒一訃）F（ RzZ；）：；式中：Q0 無渦流影響下線圈的Q值，Q0=wL1/R

3、1；Z22金屬導(dǎo)體中 產(chǎn)生電渦流部分的阻抗，Z22 = R22+3 2L22。 由式Z、L和式Q可以看出，線圈與金屬導(dǎo) 體系統(tǒng)的阻抗Z、電感L和品質(zhì)因數(shù)Q值都是該系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函數(shù)，而從麥克斯韋互 感系數(shù)的基本公式出發(fā)，可得互感系數(shù)是線圈與金屬導(dǎo)體間距離x（H）的非線性函數(shù)。因此Z、 L、Q均是x的非線性函數(shù)。雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為寫型曲線，但可 以選取它近似為線性的一段。其實(shí)Z、L、Q的變化與導(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)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的 一個(gè)參數(shù)改變，而其余參數(shù)不變，則阻抗就成為這個(gè)變化參數(shù)的單值函數(shù)

4、。當(dāng)電渦流線圈、 金屬渦流片以及激勵(lì)源確定后，并保持環(huán)境溫度不變，則只與距離x有關(guān)。于此，通過傳感 器的調(diào)理電路（前置器）處理，將線圈阻抗Z、L、Q的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化輸出。 輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)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(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)電渦流位移測(cè)量，必須有一個(gè)專用的測(cè)量電路。這一測(cè)量電路（稱之為前置器， 也稱電渦流變換器）應(yīng)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個(gè)檢波電路等。電渦流傳感器 位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)框圖如下圖所示：電渦流位移特性實(shí)驗(yàn)原理框圖根據(jù)電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測(cè)體間的距離變換為傳感器的Q值、等 效阻抗

5、Z和等效電感L三個(gè)參數(shù)，用相應(yīng)的測(cè)量電路（前置器）來測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)的渦流變 換器為變頻調(diào)幅式測(cè)量電路，電路原理如圖223所示。電路組成：Q1、C1、C2、C3組 成電容三點(diǎn)式振蕩器，產(chǎn)生頻率為1MHz左右的正弦載波信號(hào)。電渦流傳感器接在振蕩回路 中，傳感器線圈是振蕩回路的一個(gè)電感元件。振蕩器作用是將位移變化引起的振蕩回路的Q 值變化轉(zhuǎn)換成高頻載波信號(hào)的幅值變化（2D1、C5、L2、C6組成了由二極管和LC形成的n 形濾波的檢波器。檢波器的作用是將高頻調(diào)幅信號(hào)中傳感器檢測(cè)到的低頻信號(hào)取出來。 Q2組成射極跟隨器。射極跟隨器的作用是輸入、輸出匹配以獲得盡可能大的不失真輸出的 幅度值。電渦流傳感器是通

6、過傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測(cè)物 體的振動(dòng)相對(duì)位移量和靜位移的，它與被測(cè)物之間沒有直接的機(jī)械接觸，具有很寬的使用頻 率范圍（從010Hz）。當(dāng)無被測(cè)導(dǎo)體時(shí)，振蕩器回路諧振于f0，傳感器端部線圈Q0為定 值且最高，對(duì)應(yīng)的檢波輸出電壓Vo最大。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體接近傳感器線圈時(shí)，線圈Q值發(fā)生變， 振蕩器的諧振頻率發(fā)生變化，諧振曲線變得平坦，檢波出的幅值Vo變小。Vo變化反映了位 移x的變化。電渦流傳感器在位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、探傷、厚度測(cè)量上得到應(yīng)用。電隅流變換器原理圖三、需用器件與單元：機(jī)頭中的振動(dòng)臺(tái)、測(cè)微頭、電渦流傳感器、被測(cè)體（圓鐵片）；顯示面板中的電壓表， 調(diào)理電路面板傳感器輸出

7、單元中的電渦流、調(diào)理電路面板中的渦流變換器，示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、調(diào)節(jié)測(cè)微頭初始位置的刻度值為5mm調(diào)整處，松開電渦流傳感器的安裝軸套緊固螺釘， 調(diào)整電渦流傳感器高度與電渦流檢測(cè)片相帖時(shí)擰緊軸套緊固螺釘，并再按圖示意接線2、將電壓表量程切換開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟電源，記下電壓表讀數(shù)， 然后逆時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出Vo變化很小為止并將數(shù)據(jù) 列入下表（在輸入端即傳感器二端可接示波器觀測(cè)振蕩波形）。3、根據(jù)表中數(shù)據(jù)，畫出V-X實(shí)驗(yàn)曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域比較好的范圍計(jì)算靈 敏度和線性度（可用最小二乘法或其它擬合直線）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Ax (mm011. 51. 61. 71. S1. 922. 12. 2Vo(V)000-0. 02-0. 01S-0. 31-0. 41-0. 51-0. 614-0. 713Ax (mm2. 32. 42. 52. 62. 72. S2. 933. 13. 2Vo(V)-0. 81-0. 91-1. 01-1. 09-1. 19-1. 20-1. 39-1. 47-1. 56-