1、實(shí)驗(yàn)四電渦流傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。2、了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。3、了解電渦流傳感器位移特性與被測體的形狀和尺寸有關(guān)。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)電體金屬渦流片）組成，如圖4-1 所示。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，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）I 時，線1圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場H ，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)1體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行閉合的電流 I ，而 I 所形成的磁通

2、鏈又穿過傳感22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)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4-2的等效電路。圖中RL 為傳感器線圈的電阻和電感。短11環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R 、電感為L 。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感M，它隨22線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。4-14-2根據(jù)等效電路可列出電路方程組：通過解方程組，可得I 、I 。因此傳感器線圈的復(fù)阻抗為：12線圈的等效電感為：線圈的等效Q 值為：QQ01-( 2)1+(R 2)212212式中：Q無渦流影響下線圈的值，Q R；00

3、1122+ 2L2。2222L 和式可以看出，線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗、電感L 和品質(zhì)因數(shù)值都是該系屬導(dǎo)體間距離x(H)的非線性函數(shù)。因此、均是的非線性函數(shù)。雖然它整個函數(shù) 是S、 的x （前置器、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(shí)現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。為實(shí)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（也稱電渦流變換器4-3圖4-3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

4、置器）來測量。本實(shí)驗(yàn)的渦流變換器為變頻調(diào)幅式測量電路4-4Q1、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。電渦流Q、C5、L2、C6 組成了由二極管和 LC 形成的 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。（導(dǎo)電體（從10Hf00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 諧振頻率發(fā)生變化，諧振曲線變得平坦，檢波出的幅值Vo Vo 變化反映了位移化。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。圖 4-4 電渦流變換器原理圖與面板被測體1、被測體、測微頭、主板FV四

5、、實(shí)驗(yàn)步驟：1、電渦流傳感器測量位移實(shí)驗(yàn)：觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。調(diào)節(jié)測微頭初始位置的刻度值為5mm 處， 按圖 4-5 安裝測微頭、被測體（鐵圓片、電渦流傳感器（注意安裝順序：先將測微頭的安釘）并按圖接線。圖 4-5 電渦流傳感器安裝、按線示意圖將電壓表）量程切換開關(guān)切換到20V0.1mmVo4-1（在輸入端可接示波器觀測振蕩波形）X（mm）X（mm）Vo(V)4-1VX（可用最小二乘法或其它擬合直線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有電源。2、被測體材料對電渦流傳感器性能的影響：電渦流傳感器在被測體上產(chǎn)生的渦流效應(yīng)與被測導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)不同的材料就會有不同的性能。將被測體鐵圓片換成銅

6、和鋁圓片，實(shí)驗(yàn)方法與步驟同上。按上一實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)列入表4-24-3。X（mm）VX（mm）Vo(V)X（mm）VX（mm）Vo(V)線性度。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。3、被測體面積大小對電渦流傳感器特性的影響：感器線圈平面并進(jìn)行位移標(biāo)定后測量。實(shí)驗(yàn)方法、步驟與上一相同，參閱上一實(shí)驗(yàn)。4-4。X（mm）X（mm）1（大）2（?。?-4 數(shù)據(jù)在同一坐標(biāo)上畫出VX同線性范圍內(nèi)的線性度。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)六線性霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。（或以磁場為媒體6-1（帶正電的載流子）所示，把一塊寬為b， d B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I，此時在板圖 6-1 霍

7、爾效應(yīng)原理的橫向兩側(cè)面A , A 之間就呈現(xiàn)出一定的電勢這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以洛倫茲力來解釋，所產(chǎn)生的電勢差U稱霍爾電壓?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：HIBU RHH dK IBH式中：R -1(ne)是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；HK R d 靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。HH具有上述霍爾效應(yīng)的組件稱為霍爾組件，霍爾組件大多采用N 型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度很高，因此R很小，使輸出U極小，不宜作霍爾組件，厚度d 只有1mHH左右。高、壽命長、功耗低、負(fù)載能力強(qiáng)以及使用方便等等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾式位移（小位移 12）傳感器是由線性霍

8、爾組件、永久磁鋼爾式位移傳感器的工作原理和實(shí)驗(yàn)電路原理如圖6-2(a)(b)這個位置為位移的零點(diǎn)，即，因磁感應(yīng)強(qiáng)度，故輸出電壓U 。當(dāng)霍爾組H件沿軸有位移時，由于，則有一電壓U輸出經(jīng)差動放大器放大輸出為V。HHV 與有一一對應(yīng)的特性關(guān)系。(b)實(shí)驗(yàn)電路原理圖 6-2 霍爾式位移傳感器工作原理圖注意：線性霍爾組件有四個引線端。涂黑二端1(Vs+)3(Vs-)是電源輸入激勵端，另外二 個 2(Vo+)4(Vo-)件就損壞。三、需用器件與單元：機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、霍爾傳感器、測微頭；主板 FV 表、4V、霍爾、電橋、差動放大器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、差動放大器調(diào)零：按圖6-3 示意接線，電壓表 表）量程切換開關(guān)打到2V圖 6-3 差動放大器調(diào)零接線圖2(0.01mm/010mm。按圖 6-4圖 6-4 線性霍爾傳感器(直流激勵)位移特性實(shí)驗(yàn)安裝與接線示意圖3、松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套，使PCB 板（霍爾組件）W1 電位器，使電壓表顯示。4、使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差， 為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時針調(diào)節(jié)測微頭的微分筒3 周，記錄電壓表讀數(shù)（大約在 1.6V1.8V 左右）作為位移起點(diǎn)。以后，反方向(逆時針方向)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，每隔X=0.1mm(總位移可