电涡流传感文献综述.doc

郑 州 轻 工 业 学 院 研究生课程考试 考生姓名 董宇 考生学号 331401000007 系、年级 2014级 电气工程 科目类别 专业必修课 考试科目现代传感技术与系统 考试日期 2014 年11 月12日 电涡流传感器文献综述 摘要：传统的检测方法可靠性较低、具有破坏性、检测速度较慢,无法满足各种各样的检测要求,同时还会造成材料的浪费。这时,就需要使用无损检测的方法。电涡流传感器具有对介质不敏感、非接触、全方位智能测量等特点，因此现在广泛应用于对检测行业中。本文通过前人已有的大量实例和实验，对电涡流传感器的做了最基本的分类并且研究它们的异同，揭示了它在检测行业中的重要地位，并且对电涡流传感器的非线性部分补偿做了进一步改进。 关键词：电涡流传感器；基本原理；传感器的分类；传感器的应用 1 前言 电涡流无损检测是以电磁感应原理为基础的一种常规无损检测方法，相对于传统的涡流无损检测方法，电涡流检测具有包含的频率分量丰富、检测信号信息量大、时域分析方便等优点。电涡流无损检测采用的是电涡流传感器，它的主要特点是频率响应速度快、测量的精度高、不受油液污染的影响、受外界磁场干扰小等。世界上第一台涡流探伤仪诞生于 1935 年，并被应用于检验焊接钢管质量。涡流传感器发展至今类型已经多种多样,并在工业生产中的各个领域得到广泛应用，尤其是在无损探伤领域,已经成为一种不可或缺的无损检测手段。本文基于前人已经著述的十篇涡流无损检测研究，从他们不同的应用角度分析他们的相同点和不同点，并且对电涡流传感器今后的应用领域做出合理的预测。 2电涡流传感器的基本原理 根据麦克斯韦电磁场理论，金属导体处于交变的磁场中，导体内部就会感应产生电流，这种感应出来的电流在导体内部就像水的旋涡那样在导体的近表旋转，由于其运动类似于漩涡所以被人们称为电涡流，这种无法被人体感知的电涡流场就称为电涡流效应。电涡流式传感器就是利用这种电涡流效应的原理而发明的一种传感器。 从电磁学的角度可以把被测金属板也可以简化为一个简单的感应线圈，并且线圈与被测金属板之间的互感系数将随着线圈与被测金属板之间的距离的减少而增大。 被测导体的各种参数不同，既能引起电涡流传感器线圈电阻 R 值的变化，也能引起线圈感抗 L 和线圈品质因子 Q 值的变化。 线圈阻抗 Z 与电阻率 ρ 、磁导率 μ 、检测距离 X、线圈激励电流的频率之间的函数关系，可以简写成 Z = f( ρ ,μ,x,ω)，若只改变其中的某一个参数，而控制其他参数恒定不变，这样阻抗 Z 就可以表示成只与这个参数相关联的单值函数。[1] 通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导的距离D的变化转化成电压或电流的变化，输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物位移、振动等参数的测量。 3电涡流式传感器的种类 高频反射式电涡流式传感器：这种传感器结构很简单，主要元件是一个固定于传感器端部的线圈。当被测导体与线圈之间的间隙发生变化时，就引起线圈电感、阻抗和品质因数变化，从而能在接到线圈上的测量电路内得到正比于间隙变化的电流或电压变化。为改善性能可在线圈内加入磁芯。[1 2] 低频透射式电涡流式传感器：它由分别位于被测金属板材两面的发射线圈和接收线圈组成，适于测量金属板材的厚度。发射线圈L1接到振荡器上后所产生的磁力线穿过金属板M,于是在接收线圈?L2两端产生感应电压u2。由于金属板内产生电涡流使到达L2的磁力线减小。金属板的厚度δ越大，透射的磁力线越少,因而u2也就越小。u2与δ之间呈指数变化关系：u2∝e-δ/h，式中h为磁力线的贯穿深度。贯穿深度取决于激励频率，为使贯穿深度大于板材厚度，要将频率选得低些。频率低还可改善线性度。激励频率一般选在500赫左右。[3] 螺管型：这种传感器由螺管和插入螺管的短路套筒组成，套筒与被测物体相连。套筒沿轴向移动时，电涡流效应引起螺管阻抗变化。这种传感器有较好的线性度，但是灵敏度较低，具有与螺管型电感式传感器（见电感式传感器）相似的特性，但没有铁损。[4] 变面积型：这种传感器由绕在扁矩形框架上的线圈构成，它利用被测导体和传感器线圈之间相对覆盖面积的变化所引起的电涡流效应强弱的变化来测量位移。为补偿间隙变化引起的误差常使用两个串接的线圈，置于被测物体的两边。它的线性测量范围比变间隙型的大，而且线性度较高。[5] 变间隙型：这种传感器结构很简单，主要元件是一个固定于传感器端部的线圈。当被测导体与线圈之间的间隙发生变化时，就引起线圈电感、阻抗和品质因数变化，从而能在接到线圈上的测量电路内得到正比于间隙变化的电流或电压变化。为改善性能可在线圈内加入