信號(hào)分析與傳感檢測(cè)技術(shù)報(bào)告

1、姓 名：張 鈞 哲學(xué) 號(hào)：12015130718指導(dǎo)老師：丁文捷（教授） 電渦流式傳感器屬于電感式傳感器的一種，是利用被測(cè)量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。 如下圖1-1所示，一個(gè)扁平線圈置于金屬導(dǎo)體附近，當(dāng)線圈中通有交變電流I1時(shí)，線圈周?chē)彤a(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)H1。置于這一磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新磁場(chǎng)H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場(chǎng)，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。 圖圖1-1 1-1 電渦流傳感器原理圖電渦流傳感器原理圖 一般講，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

2、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，而其余參恒定不變，則阻抗就成為這個(gè)變化參數(shù)的單值函數(shù)。如其他參數(shù)不變，阻抗的變化就可以反映線圈到被測(cè)金屬導(dǎo)體間的距離大小變化。 在電感式位移檢測(cè)方法中最常見(jiàn)的是渦流式電感位移檢測(cè)器，如圖1-2所示是電渦流式傳感器檢測(cè)探頭，探頭端部裝有高度密封的、發(fā)射高頻信號(hào)的線圈。由于被測(cè)物體的端部（一般為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)器的軸）距離線圈很近，僅有幾毫米，線圈通電后產(chǎn)生一個(gè)高頻磁場(chǎng)，軸的表面在磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生渦流電流。同樣，渦流電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)大小與距離有關(guān)，該場(chǎng)強(qiáng)抵消由線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，影響檢測(cè)線圈的等效阻抗，而等效阻抗與線圈電感量有關(guān)，

3、因此就測(cè)得位移量。 圖圖1-2 1-2 渦流檢測(cè)探頭渦流檢測(cè)探頭 這種傳感器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要由一個(gè)固定在框架上的扁平線圈組成。線圈可以粘貼在框架的端部，也可以繞在框架端部的槽內(nèi)。圖2-1為某種型號(hào)的高頻反射式電渦流傳感器。 圖圖2-1 2-1 高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器 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(kāi)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。 為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，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

4、以上，否則靈敏度要降低。3.1 電橋電路 電橋法是將傳感器線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。圖3-1是電橋法的電原理圖，圖中線圈A和B為傳感器線圈。傳感器線圈的阻抗作為電橋的橋臂，起始狀態(tài)，使電橋平衡。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。電橋法主要用于兩個(gè)電渦流線圈組成的差動(dòng)式傳感器。 這種方法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LC并聯(lián)諧振回路。 并聯(lián)諧振回路的諧振頻率為: （3-13-1） LCf210 且諧振時(shí)回路的等效阻抗最大，等于 式中，R為回

5、路的等效損耗電阻。 當(dāng)電感L發(fā)生變化時(shí)，回路的等效阻抗和諧振頻率都將隨L的變化而變化，因此可以利用測(cè)量回路阻抗的方法或測(cè)量回路諧振頻率的方法間接測(cè)出傳感器的被測(cè)值。（3-23-2） 調(diào)頻式測(cè)量電路的原理是被測(cè)量變化引起傳感器線圈電感的變化，而電感的變化導(dǎo)致振蕩頻率發(fā)生變化，頻率變化間接反映了被測(cè)量的變化。見(jiàn)圖6-7電渦流式傳感器外形圖。 圖圖3-2 ST-13-2 ST-1電渦流式傳感器外形圖電渦流式傳感器外形圖 被測(cè)物體的表面要光滑、平坦。非鋼材被測(cè)體和小于三倍傳感器直徑的被測(cè)表面影響傳感器輸出特性。傳感器出廠時(shí)使用45#鋼標(biāo)定，被測(cè)對(duì)象不符合規(guī)定時(shí)應(yīng)重新標(biāo)定（型號(hào)不同的鋼材靈敏度誤差小于1

6、0%）。應(yīng)當(dāng)保持傳感器探頭周?chē)凶銐虻目臻g，在3倍探頭直徑范圍內(nèi)，不應(yīng)由金屬體，傳感器安裝應(yīng)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)動(dòng)體臺(tái)階面，這樣可避免周?chē)饘俳Y(jié)構(gòu)的干擾，準(zhǔn)確測(cè)量振動(dòng)值。傳感器可在有酸堿腐蝕的環(huán)境中使用。 見(jiàn)圖4-1安裝兩個(gè)鄰近傳感器時(shí)應(yīng)保證傳感頭之間有足夠的距離以防止交叉失真（如圖a），一般應(yīng)保留40mm的間隙。在徑向軸承附近安裝傳感器時(shí)（如圖b），傳感器中心線與軸承座表面的距離應(yīng)大于三倍傳感頭直徑，同時(shí)避免把傳感器安裝在不顯示任何振動(dòng)的結(jié)點(diǎn)上（如圖c）。 （a a） （b b） （c c） 圖圖4-1 4-1 電渦流式傳感器安裝圖電渦流式傳感器安裝圖 在安裝傳感器之前，保證螺紋孔中不能有異物，且螺紋良好。當(dāng)把傳感頭擰入機(jī)架固定時(shí)，傳感器引線應(yīng)隨傳感頭自由旋