自動檢測技術及應用課件第電渦流傳感器詳解演示文稿目前一頁\總數二十二頁\編于一點（優選）自動檢測技術及應用課件第電渦流傳感器目前二頁\總數二十二頁\編于一點2、工作原理根據法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產生新的交變磁場H2。根據愣次定律，H2的作用將反抗原磁場H1，由于磁場H2的作用，渦流要消耗一部分能量，導致傳感器線圈的等效阻抗發生變化。由上可知，線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。........目前三頁\總數二十二頁\編于一點二、電渦流形成范圍1.電渦流的徑向形成范圍目前四頁\總數二十二頁\編于一點線圈—導體系統產生的電渦流密度既是線圈與導體間距離x的函數，又是沿線圈半徑方向r的函數。當x一定時，電渦流密度J與半徑r的關系曲線如圖所示。J0為金屬導體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值。Jr為半徑r處的金屬導體表面電渦流密度）。由圖可知：①電渦流徑向形成范圍大約在傳感器線圈外徑ras的1.8～2.5倍范圍內，且分布不均勻。②電渦流密度在ri=0處為零。③電渦流的最大值在r=ras附近的一個狹窄區域內。④可以用一個平均半徑為 的短路環來集中表示分散的電渦流（圖中陰影部分）。目前五頁\總數二十二頁\編于一點2.電渦流強度與距離的關系理論分析和實驗都已證明，當x改變時，電渦流密度也發生變化，即電渦流強度隨距離x的變化而變化。根據線圈—導體系統的電磁作用，可以得到金屬導體表面的電渦流強度為式中：I1——線圈激勵電流；

I2——金屬導體中等效電流；

x——線圈到金屬導體表面距離；

ras——線圈外徑。目前六頁\總數二十二頁\編于一點以上分析表明：①電渦流強度與距離x呈非線性關系，且隨著x/ras的增加而迅速減小。②當利用電渦流式傳感器測量位移時，只有在x/ras<<1(一般取0.05～0.15)的條件下才能得到較好的線性和較高的靈敏度。目前七頁\總數二十二頁\編于一點所謂貫穿深度是指把電渦流強度減小到表面強度的1/e處的表面厚度。由于電磁場不能穿過導體的無限厚度，僅作用于表面薄層和一定的徑向范圍內，并且導體中產生的電渦流強度是隨導體厚度的增加按指數規律下降的。其按指數衰減分布規律可用下式表示：

3.電渦流的軸向貫穿深度式中：d——金屬導體中某一點與表面的距離；

Jd——沿H1軸向d處的電渦流密度；

J0——金屬導體表面電渦流密度，即電渦流密度最大值；

h——電渦流軸向貫穿的深度（趨膚深度）。目前八頁\總數二十二頁\編于一點式中:f——線圈激磁電流的頻率。

目前九頁\總數二十二頁\編于一點三、電渦流傳感器等效電路ω——線圈激磁電流角頻率；R1、L1——線圈電阻和電感；M——互感系數。目前十頁\總數二十二頁\編于一點解得等效阻抗Z的表達式為式中：Req——線圈受電渦流影響后的等效電阻Leq——線圈受電渦流影響后的等效電感線圈的等效品質因數Q值為目前十一頁\總數二十二頁\編于一點四、電渦流傳感器測量電路1.調頻式電路目前十二頁\總數二十二頁\編于一點傳感器線圈接入LC振蕩回路，當傳感器與被測導體距離x改變時，在渦流影響下，傳感器的電感變化，將導致振蕩頻率的變化，該變化的頻率是距離x的函數，即f=L(x),該頻率可由數字頻率計直接測量，或者通過f-V變換，用數字電壓表測量對應的電壓。振蕩器電路如圖(b)所示。它由克拉潑電容三點式振蕩器(C2、C3、L、C和Ｖ1)以及射極輸出電路兩部分組成。振蕩器的頻率為為了避免輸出電纜的分布電容的影響，通常將L、C裝在傳感器內。此時電纜分布電容并聯在大電容C2、C3上，因而對振蕩頻率f的影響將大大減小。目前十三頁\總數二十二頁\編于一點由傳感器線圈L、電容器C和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路如圖所示。石英晶體振蕩器起恒流源的作用，給諧振回路提供一個頻率（f0）穩定的激勵電流io，LC回路輸出電壓式中,Z為LC回路的阻抗。當金屬導體遠離或去掉時，LC并聯諧振回路諧振頻率即為石英振蕩頻率fo，回路呈現的阻抗最大，諧振回路上的輸出電壓也最大；當金屬導體靠近傳感器線圈時，線圈的等效電感L發生變化，導致回路失諧，從而使輸出電壓降低，L的數值隨距離x的變化而變化。因此，輸出電壓也隨x而變化。輸出電壓經放大、檢波后，由指示儀表直接顯示出x的大小。

2.調幅式電路目前十四頁\總數二十二頁\編于一點五、電渦流傳感器的應用1.低頻透射式渦流厚度傳感器目前十五頁\總數二十二頁\編于一點在被測金屬板的上方設有發射傳感器線圈L1，在被測金屬板下方設有接收傳感器線圈L2。當在L1上加低頻電壓U1時，L1上產生交變磁通φ1，若兩線圈間無金屬板，則交變磁通直接耦合至L2中，L2產生感應電壓U2。如果將被測金屬板放入兩線圈之間，則L1線圈產生的磁場將導致在金屬板中產生電渦流,并將貫穿金屬板，此時磁場能量受到損耗，使到達L2的磁通將減弱為φ1′，從而使L2產生的感應電壓U2下降。金屬板越厚，渦流損失就越大，電壓U2就越小。因此，可根據U2電壓的大小得知被測金屬板的厚度。透射式渦流厚度傳感器的檢測范圍可達1～100mm，分辨率為0.1μm，線性度為1%。.....目前十六頁\總數二十二頁\編于一點2.高頻反射式渦流厚度傳感器高頻反射式渦流測厚儀測試系統圖目前十七頁\總數二十二頁\編于一點為了克服帶材不夠平整或運行過程中上下波動的影響，在帶材的上、下兩側對稱地設置了兩個特性完全相同的渦流傳感器S1和S2。S1和S2與被測帶材表面之間的距離分別為x1和x2。若帶材厚度不變，則被測帶材上、下表面之間的距離總有x1+x2=常數的關系存在。兩傳感器的輸出電壓之和為2Uo，數值不變。如果被測帶材厚度改變量為Δδ，則兩傳感器與帶材之間的距離也改變一個Δδ，兩傳感器輸出電壓此時為2Uo±ΔU。ΔU經放大器放大后，通過指示儀表即可指示出帶材的厚度變化值。帶材厚度給定值與偏差指示值的代數和就是被測帶材的厚度。目前十八頁\總數二十二頁\編于一點圖所示為電渦流式轉速傳感器工作原理圖。在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表面d0處設置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉軸相連。3.電渦流式轉速傳感器目前十九頁\總數二十二頁\編于一點當被測旋轉軸轉動時，電渦流傳感器與輸出軸的距離變為d0+Δd。由于電渦流效應，使傳感器線圈阻抗隨Δd的變化而變化，這種變化將導致振蕩諧振回路的品質因數發生變化，它們將直接影響振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率。因此，隨著輸入軸的旋轉，從振蕩器輸出的信號中包含有與轉速成正比的脈沖頻率信號。該信號由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經整形電路輸出頻率為fn的脈沖信號。該信號經電路處理便可得到被測轉速。這種轉速傳感器可實現非接觸式測量，抗污染能力很強，可安裝在旋轉軸近旁長期對被測轉速進行監視。最高測量轉速可達600000r/min。目前二十頁\總數二十二頁\編于一點若旋轉體上已開有一條或數條槽或做成齒狀則可在旁邊安