1、電渦流傳感器位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測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（一個扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一般為1MHz2MHz） I1 時，線圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場H1,當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，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。我們可以把被測導(dǎo)體上形成的電渦等 效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖中的等效電路。圖中、L1為傳感器線電渦流傳感器原理圖電渦流傳感器等效電路圖圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，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：R2 & +12-j= 0、反i】+j 逐i IY- jI2 = U1通過解方程組，可得ii2。因此傳感器線圈的復(fù)阻抗為:均+J逐i-，妒財a心J 璀+（心線圈的等效電感為：L-L _匚 m線圈的等效Q值為：Q = Q1-(L 00 2 M2)/(L Z 2) /1+(R 00 2 M2

3、)/( R Z 2) 212212式中：Q0 一 無渦流影響下線圈的Q值，。0=3 L1 /R1；Z2L金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流部分的阻抗，Z22 = R22+s 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)。雖然它整個函數(shù) 是一非線性的，其函數(shù)特征為型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。其實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)、激勵電流頻率以及線圈到被 測導(dǎo)體間的距離有關(guān)

4、。如果控制上述參數(shù)中的一個參數(shù)改變，而其余參數(shù)不變，則阻抗就成 為這個變化參數(shù)的單值函數(shù)。當(dāng)電渦流線圈、金屬渦流片以及激勵源確定后，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)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。為實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量電路。這一測量電路（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)定的震蕩器和一個檢波電路等。電渦流傳感器 位移測量實驗框圖如下圖所示：被測體電渦流位移特性實

5、驗原理框圖根據(jù)電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測體間的距離變換為傳感器的Q值、等效 阻抗Z和等效電感L三個參數(shù)，用相應(yīng)的測量電路（前置器）來測量。本實驗的渦流變換器為變頻調(diào)幅式測量電路，電路原理如圖223所示。電路組成： Q1、C1、C2、C3組成電容三點式振蕩器，產(chǎn)生頻率為1MHz左右的正弦載波信號。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)換成高頻載波信號的幅值變化。D1、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)幅信號中傳感器檢測到的低 頻信號取出來。Q2組成射極跟隨器

6、。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。電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測物體的振 動相對位移量和靜位移的，它與被測物之間沒有直接的機械接觸，具有很寬的使用頻率范圍 （從010Hz）。當(dāng)無被測導(dǎo)體時，振蕩器回路諧振于與，傳感器端部線圈Q0為定值且最高， 對應(yīng)的檢波輸出電壓Vo最大。當(dāng)被測導(dǎo)體接近傳感器線圈時，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。V。變化反映了位移x的變 化。電渦流傳感器在位移、振動、轉(zhuǎn)速、探傷、厚度測量上得到應(yīng)用。三、需用器件與單元：主機箱中的土 15V直流穩(wěn)壓電源

7、、電壓表；、電渦流傳感器實驗?zāi)?板、電渦流傳感器、測微頭、被測體（鐵圓片）、示波器。四、實驗步驟：1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值 與軸套上的5mm刻度值對準(zhǔn)。按圖22-4安裝測微頭、被測體鐵圓片、電渦流傳感器（注意 安裝順序：首先將測微頭的安裝套插入安裝架的安裝孔內(nèi)，再將被測體鐵圓片套在測微頭的 測桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測微頭安裝套使被測體與傳感器端面 相帖并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘），再按圖示意接線。微分筒直流穩(wěn)壓電源Illi w)微分筒直流穩(wěn)壓電源Illi w)=電壓表電渦流傳感器安裝、按線示意圖主I機i+15V-15V箱I+15V-15V TOC o 1-5 h z 2VISOOmVj20VI星程切換開美|+-I2、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主機箱電源，記下電壓 表讀數(shù)，然后逆時針調(diào)節(jié)測微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個數(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