自動檢測技術及運用梁森著

自動檢測技術及運用梁森著2023/6/131第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三第一節(jié)電渦流傳感器工作原理電渦流效應演示

當電渦流線圈與金屬板的距離x減小時，電渦流線圈的等效電感L減小，等效電阻R增大，流過電渦流線圈的電流i1增大。

2023/6/132第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流的應用

——在我們日常生活中經常可以遇到干凈、高效的電磁爐第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三集膚效應

頻率f越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應越嚴重。

電渦流傳感器工作原理:當高頻（100kHz～2MHz）信號源產生的高頻電壓施加到一個靠近金屬導體附近的電感線圈L1時，被測導體表面就產生電渦流i2。i2在金屬導體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導體的表面，這稱為集膚效應。

第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三二、等效阻抗分析

檢測深度與激勵源頻率有何關系？電渦流線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z的函數(shù)表達式為：

Z=R+jωL=f（f、、、r、x）式中的r為表面因子。如果控制上式中的f、、、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為哪個變量的單值函數(shù)？屬于接觸式測量還是非接觸式測量？

第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三等效阻抗與非電量的測量

檢測深度的控制：由于存在集膚效應，電渦流只能檢測導體表面的各種物理參數(shù)。改變f，可控制檢測深度。激勵源頻率一般設定在100kHz~1MHz。頻率越低，檢測深度越深。

間距x的測量：如果控制上式中的f、、、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數(shù)，這樣就成為非接觸位移傳感器。

其他用途：如果控制x、f不變，就可以用來檢測與表面電導率有關的表面溫度、表面裂紋等參數(shù)，或者用來檢測與材料磁導率有關的磁性材料型號、表面硬度等參數(shù)。

第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電磁爐內部的勵磁線圈第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電磁爐的工作原理高頻電流通過勵磁線圈，產生交變磁場，在鐵質鍋底會產生無數(shù)的電渦流，使鍋底發(fā)熱，燒開鍋內食物。第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三第二節(jié)電渦流傳感器結構及特性

電渦流探頭外形交變磁場第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流探頭內部結構

1—電渦流線圈2—探頭殼體3—殼體上的位置調節(jié)螺紋4—印制線路板5—夾持螺母6—電源指示燈7—閾值指示燈8—輸出屏蔽電纜線9—電纜插頭

第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三CZF-1系列傳感器的性能分析上表請得出結論：探頭的直徑與測量范圍及分辨力之間有何關系？

第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三大直徑電渦流探雷器2023/6/1312第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三第三節(jié)測量轉換電路一、調幅式（AM）電路石英振蕩器產生穩(wěn)頻、穩(wěn)幅高頻振蕩電壓(100kHz~2MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產生電渦流，引起電渦流線圈兩端電壓的衰減，輸出電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的距離。第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三部分常用材料對振蕩器振幅的衰減系數(shù)人的手、泥土或裝滿水的玻璃杯能對振蕩器的振幅產生明顯的衰減嗎？為什么？第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三二、調頻（FM）式電路(100kHz~1MHz）

當電渦流線圈與被測體的距離x改變時，電渦流線圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將f轉換為電壓Uo。第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三并聯(lián)諧振回路的諧振頻率設電渦流線圈的電感量L=0.8mH，微調電容C0=200pF，求振蕩器的頻率f。（1pF＝10－12F）第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三鑒頻器在調頻式電路中的應用設電路參數(shù)如上頁，計算電渦流線圈未接近金屬時的鑒頻器輸出電壓Uo0；若電渦流線圈靠近金屬后，電渦流探頭的輸出頻率f上升為500kHz，f為多少？輸出電壓Uo為多少伏？2023/6/1317第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三第四節(jié)電渦流傳感器的應用

一、位移測量

電渦流位移傳感器是一種輸出為模擬量的電子器件。當金屬物體接近此感應面時，金屬表面將吸取電渦流探頭中的高頻振蕩能量，使振蕩器的輸出幅度線性地衰減，根據衰減量的變化或振蕩頻率的變化，可地計算出與被檢物體的距離、振動等參數(shù)。這種位移傳感器屬于非接觸測量，工作時不受灰塵等因素的影響，可在各種惡劣條件下使用。第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三位移測量儀

位移測量包含：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等。來自不同應用領域的許多量都可歸結為位移或間隙變化。數(shù)顯位移測量儀及探頭第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三4~20mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）2023/6/1320第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）齊平式傳感器安裝時可以不高出安裝面，不易被損害。第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關廠資料）齊平式2023/6/1322第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三V系列電渦流位移傳感器性能一覽表

（摘自洞頭開關廠資料）

2023/6/1323第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三某V系列電渦流位移傳感器的機械圖2023/6/1324第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三四線制電渦流位移傳感器的接線說明有的位移傳感器同時具備兩種動作輸出狀態(tài)，可選擇從高電壓向低電壓轉變、和從低電壓向高電壓轉變兩種方式，分別稱為NPN和PNP輸出模式，俗稱為常開輸出或常閉輸出模式。第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流位移傳感器的應用電渦流探頭線圈的阻抗受諸多因素影響，例如金屬材料的厚度、尺寸、形狀、電導率、磁導率、表面因素、距離等，因此電渦流傳感器的應用領域十分廣泛，但也同時帶來許多不確定因素，一個或幾個因素的微小變化就足以影響測量結果。所以電渦流傳感器多用于定性測量。在用作定量測量時，必須采用逐點標定、計算機線性糾正、溫度補補償?shù)却胧?/p>

第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三位移傳感器的分類2023/6/1327第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三偏心和振動檢測2023/6/1328第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三通過測量間隙來測量徑向跳動2023/6/1329第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量彎曲、波動、變形

對橋梁、絲桿等機械結構的振動測量，須使用多個傳感器。2023/6/1330第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀

測量冷軋板厚度導向輥的材料可以用金屬制作嗎？第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量尺寸、公差及零件識別

通過測量間隙來測定熱膨脹引起的上下平移2023/6/1332第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量封口機工作間隙間隙越大，電渦流越小2023/6/1333第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量注塑機開合模的間隙間距2023/6/1334第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三位移的標定方法使用千分尺，逐一對照測量電路的輸出電壓及數(shù)顯表讀數(shù)，列出對照表，存入計算機，從而達到線性化的目的。第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流位移傳感器的距離

與輸出電壓特性曲線1、2、3的量程和線性范圍各為多少mm？第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三二、振動測量用電渦流探頭、調幅法測量簡諧振動時，探頭的輸出波形。第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三調頻法測量振動的波形2023/6/1338第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三振動測量汽輪機葉片測試

測量懸臂梁的振幅及頻率2023/6/1339第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流探頭接到圖4-4所示的調幅測量

葉片振動的幅度Xm為多少mm？葉片振動的周期T及頻率f為多少

2023/6/1340第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三三、轉速測量

若轉軸上開z個槽(或齒)，頻率計的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉軸的轉速n（單位為r/min）的計算公式為

2023/6/1341第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三各種測量轉速的傳感器及其與齒輪的相對位置2023/6/1342第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三齒輪轉速測量例：下圖中，設齒數(shù)z=48，測得頻率f=120Hz，求該齒輪的轉速n。2023/6/1343第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電動機轉速測量2023/6/1344第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三四、鍍層厚度測量

由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。

第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流涂層厚度儀

第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三電渦流涂層厚度儀原理2023/6/1347第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三測量金屬鍍層或絕緣層厚度

測量金屬鍍層或絕緣層厚度的計算方法有何區(qū)別？2023/6/1348第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三五、電渦流式通道安全檢查門

安檢門的內部設置有發(fā)射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三安檢門演示當有金屬物體穿越安檢門時報警在安檢門的側面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學圖像。2023/6/1350第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三六、電渦流表面探傷

手持式裂紋測量儀油管探傷2023/6/1351第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三滾子渦流探傷機滾子渦流探傷機是由計算機控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設備，可探出深30μm的表面微小裂紋。（參考無錫市通達滾子有限公司資料）第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三手提式探傷儀外形

（參考廈門愛德華檢測設備有限公司資料）2023/6/1353第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三掌上型

電渦流

探傷儀2023/6/1354第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三用掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋2023/6/1355第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三臺式電渦流探傷儀2023/6/1356第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三花瓣阻抗圖2023/6/1357第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三第五節(jié)接近開關簡介接近開關又稱無觸點行程開關。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內檢測有無物體靠近。當物體與其接近到設定距離時，就可以發(fā)出“動作”信號。

接近開關的核心部分是“感辨頭”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。

第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關外形2023/6/1359第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關外形2023/6/1360第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關外形（續(xù)）2023/6/1361第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三一、常用的接近開關分類

常用的接近開關有電渦流式（以下簡稱電感接近開關）、電容式、磁性干簧開關、霍爾式、光電式、微波式、超聲波式等。第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三二、接近開關的特點

接近開關與被測物不接觸、不會產生機械磨損和疲勞損傷、工作壽命長、響應快、無觸點、無火花、無噪聲、防潮、防塵、防爆性能較好、體積小、安裝、調整方便；缺點是觸點容量較小、輸出短路時易燒毀。

第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三三.接近開關的主要性能指標：

額定動作距離、工作距離、動作滯差、重復定位精度（重復性）、動作頻率等。2023/6/1364第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三四、電渦流接近開關

（即：電感接近開關）的工作原理

電感接近開關由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，金屬物體在接近辨頭時，表面產生渦流。這個渦流反作用于接近開關，使接近開關振蕩能力衰減，內部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進而控制開關的通或斷。這種接近開關所能檢測的物體必須是導電性能良好的金屬物體。第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三五、電渦流接近開關原理框圖2023/6/1366第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三六、常見接近開關的型號說明

（摘自浙江·洞頭開關廠資料）2023/6/1367第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三七、接近開關的術語解釋（1）1.動作（檢測）距離:被測體按一定方式移動時，從基準位置（接近開關的感應表面）到開關動作時測得的基準位置到檢測面的空間距離的標稱值。2.設定距離：指整定距離，一般為額定動作距離的0.8倍，以保證工作可靠。

3.復位距離：接近開關動作后，又再次復位時的與被測物的距離，它略大于動作距離。4.回差值:動作距離與復位距離之間的絕對值?；夭钪翟酱?，對外界的干擾以及被測物的抖動等的抗干擾能力就越強。第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的檢測距離與回差2023/6/1369第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的術語解釋（2）標準檢測體：可與現(xiàn)場被檢金屬作比較的標準金屬檢測體。標準檢測體通常為正方形的A3鋼，厚度為1mm，所采用的邊長是接近開關檢測面直徑的2.5倍。第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三不同材料的金屬檢測物對電渦流接近開關動作距離的影響（以Fe為參考金屬）

對于非磁性材料，被測體的電導率越高，則靈敏度越高；被測體是磁性材料時，其磁導率將影響電渦流線圈的感抗，其磁滯損耗還將影響電渦流線圈的Q值。磁滯損耗大時，其靈敏度通常較高。第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的術語解釋（3）接近開關的安裝方式：分齊平式和非齊平式。齊平式（又稱埋入型）的接近開關表面可與被安裝的金屬物件形成同一表面，不易被碰壞，但靈敏度較低；非齊平式（非埋入安裝型）的接近開關則需要把感應頭露出一定高度，否則將降低靈敏度。第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的安裝方式齊平式安裝非齊平式安裝2023/6/1373第七十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的術語解釋（4）響應頻率f：按規(guī)定，在1秒的時間間隔內，接近開關動作循環(huán)的最大次數(shù)，重復頻率大于該值時，接近開關無反應。響應時間t：接近開關檢測到物體時刻到接近開關出現(xiàn)電平狀態(tài)翻轉的時間之差?？捎霉綋Q算：

t=1/f第七十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三響應頻率及響應時間示意圖2023/6/1375第七十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的術語解釋（5）輸出狀態(tài)：常開/常閉型接近開關當無檢測物體時，對常開型接近開關而言，由于接近開關內部的輸出三極管截止，所接的負載不工作（失電）；當檢測到物體時，內部的輸出級三極管導通，負載得電工作。對常閉型接近開關而言，當未檢測到物體時，三極管反而處于導通狀態(tài)，負載得電工作；反之則負載失電。第七十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三接近開關的術語解釋（6）

常用的輸出形式有：NPN二線，NPN三線，NPN四線，PNP二線，PNP三線，PNP四線，DC二線，AC二線，AC五線（帶繼電器）等幾種，讀者可查閱以下