1、,3.3 渦流式傳感器,當導體置于交變磁場或在固定磁場中運動時，導體內(nèi)引起感應電流，此電流在導體內(nèi)閉合,稱為渦流。,上一頁,下一頁,返 回,3.3.1 工作原理,線圈置于金屬導體附近： 線圈中通以交變電流 i1 i1產(chǎn)生正弦交變磁場 H1 金屬導體內(nèi)就會產(chǎn)生渦流i2 渦流i2產(chǎn)生反向電磁場H2 反作用于線圈 ,導致線圈的電感 、阻抗和品質(zhì)因數(shù)變化,渦流效應演示,當線圈與金屬板的距離x 減小時，線圈的等效電感L 及感抗XL減小，但等效電阻R 增大。 由于感抗XL 的變化比 R 的變化 大 得 多，因此，流過線圈的電流 i1 增大。,線圈的電感 、阻抗和品質(zhì)因數(shù)的變化程度取決于線圈L的外形尺寸、線

2、圈至金屬板的距離、金屬板材料的電阻率和磁導率 以及激勵電源的頻率等參數(shù) 。 若控制上述參數(shù)中的一個發(fā)生變化，其余不變，就能構成測量該參數(shù)的傳感器。,渦流效應的等效電路如圖,導體中的渦流等效為短路環(huán)中的電流I2。根據(jù)基爾霍夫定律得電壓平衡方程：,由此可得線圈受金屬導體渦流影響后的等效阻抗：,線圈受金屬導體渦流影響后的等效電感：,線圈受金屬導體渦流影響后的品質(zhì)因數(shù)：,(3-69),(3-70),(3-71),三式均為M的非線性函數(shù),3.3.2 結構類型,高頻反射式,采用高頻激勵，影響性能的因素有：線圈的結構尺寸、材料；框架的材料；所用電纜和插頭；被測導體的電導率、磁導率、大小、形狀、厚度等。（書P

3、88）,線圈 框架 3框架襯套 4 支架 5電纜 6插頭,線圈外徑大，線性范圍就大，但靈敏度低；線圈內(nèi)徑和厚度的變化影響較小； 被測體的電導率高，靈敏度也高。磁導率相反，且磁性體比非磁性體的靈敏度低。 被測體表面鍍層性質(zhì)和厚度不均勻?qū)⒂绊憸y量精度。 被測體的大小和形狀的影響。平面被測體的直徑不應小于線圈直徑的1.8倍。圓柱被測體直徑不應小于線圈直徑的3.5倍。 被測體厚度一般要大于0.2mm才不影響測量結果。,2. 低頻透射式(常用來測厚),透射式渦流傳感器原理 線圈感應電勢與厚度關系曲線,測厚的依據(jù): u2的大小間接反映了材料M的厚度h （t為電渦流的貫穿深度）,上一頁,下一頁,返 回,t大

4、，則u2大,要選擇變化率較大的曲線部分： 測薄板時，h小，選t3 ，即激勵頻率要高 ， 測厚板時，h大，選t1 ，即激勵頻率要低。,U2與渦流的貫穿深度t有關,結論：,當被測材料的電阻率不同時，滲透深度的值也不相同，于是又引起u2h曲線形狀的變化，為使測量不同的材料時所得到的曲線形狀相近，就需在變動時保持t不變，這時應該相應地改變f。測較小的材料(如紫銅)時，選用較低的頻率 (500Hz);而測較大的材料(如黃銅、鋁)時，則選用較高的頻率 (2KHz)，從而保證傳感器在測量不同材料時的線性度和靈敏度的一致性。,上一頁,下一頁,返 回,測量薄板時應選較高的頻率，測量厚材時應選較低的頻率。,3.3

5、.3 測量電路,根據(jù)渦流式傳感器 的工作原理，針對被測參量可以轉(zhuǎn)換為電感、阻抗或Q值三種參數(shù)的變化，測量電路也有三種：諧振電路、電橋電路和Q值測試電路。 本節(jié)只講解諧振電路。 諧振電路的原理是將傳感器線圈和電容組成并聯(lián)諧振回路，則諧振時的頻率和阻抗為：,當傳感器電感L變化時，f 和Z0均隨之改變。,1.定頻調(diào)幅電路,晶體振蕩器提供高頻激勵信號； R為耦合電阻； 輸出高頻載波信號較小，高頻放大、檢波、濾波環(huán)節(jié)使輸出信號便于傳輸與測量； 源極輸出器用于減小振蕩器的負載； 線路復雜，裝調(diào)困難，線性范圍窄。,344 定頻調(diào)幅諧振曲線,2. 變頻調(diào)幅電路,將傳感器 接入電容三點式振蕩回路，當導體接近傳感

6、器線圈時，由于渦流效應，振蕩器輸出電壓的幅度和頻率均變化，利用振蕩幅度的變化來檢測線圈與導體間的位移變化。 結構簡單，靈敏度高，線性范圍寬。,3. 調(diào)頻電路,與變頻調(diào)幅電路不同 的是常以振蕩頻率的變化作為輸出信號。若以電壓作為輸出信號，則后接鑒頻器。 關鍵：提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度，從環(huán)境溫度變化、電纜電容變化和負載影響三方面考慮。,間距x的測量：如果控制上式中的i1、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)，這樣就成為非接觸地測量位移的傳感器。 多種用途：如果控制其他參數(shù)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材料型號、表面硬度

7、等參數(shù)。,3.3.4 渦流式傳感器的應用,Z=f（i1、f、r、x）,上一頁,下一頁,返 回,1位移測量,(a) 汽輪機主軸的軸向位移測量示意圖 (b) 磨床換向閥、先導閥的位移測量示意圖 (c) 金屬試件的熱膨脹系數(shù)測量示意圖,上一頁,下一頁,返 回,2 振幅測量,(a)汽輪機和空氣壓縮機常用的監(jiān)控主軸的徑向振動的示意圖 (b)測量發(fā)動機渦輪葉片的振幅的示意圖 (c) 通常使用數(shù)個傳感器探頭并排地安置在軸附近,上一頁,下一頁,返 回,3厚度測量,渦流式厚度計的測量原理圖,上一頁,下一頁,返 回,4轉(zhuǎn)速測量,f頻率值(Hz)； n旋轉(zhuǎn)體的槽(齒)數(shù)； N被測軸的轉(zhuǎn)速(rmin)。,上一頁,下一

8、頁,返 回,5. 渦流探傷,可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。 綜合參數(shù)(x, , )的變化將引起傳感器參數(shù)的變化，通過測量傳感器參數(shù)的變化即可達到探傷的目的。 在探傷時導體與線圈之間是有著相對運動速度的，在測量線圈上就會產(chǎn)生調(diào)制頻率信號,上一頁,下一頁,返 回,a)比較淺的裂縫信號 b)經(jīng)過幅值甄別后的信號,在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。 為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號通過，而將干擾頻率信號衰減。,上一頁,返 回,用渦流探傷時的測量信號,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

9、度等等。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,420mA渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）,齊平式渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）,V系列渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關廠資料）,V系列渦流位移傳感器性能一覽表（摘自洞頭開關廠資料）,偏心和振動檢測,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。,測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀,測量冷軋板厚度,測量封口機工作間隙,間隙越大，渦流越小,測量注塑機開合模的間隙,間距,渦流位移傳感器的距離與輸出電壓特性曲線,1量程為10mm 2量程為16mm 3量程為20m

10、m,振動測量,用渦流探頭、調(diào)幅法測量簡諧振動時，探頭的輸出波形。,調(diào)頻法測量振動的波形,振動測量,測量懸臂梁的振幅及頻率,各種測量轉(zhuǎn)速的傳感器及其與齒輪的相對位置,電動機轉(zhuǎn)速測量,鍍層厚度測量,由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，渦流越小。測量前，可先用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。,渦流涂層厚度儀,渦流式通道安全檢查門,安檢門的內(nèi)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(chǎn)生渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據(jù)感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。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。,安檢門演示,渦流表面探傷,