3、电感式传感器详解.ppt

第三章 电感式传感器 2、被测导体对传感器灵敏度的影响 （1）被测导体的电阻率P和相对磁导率μ越小，传感器的灵敏度愈高。 （2）由于涡流式位移传感器是高频反射式涡流传感器，因此，被测导体必须达到一定的厚度，才不会产生电涡流的透射损耗，使传感器具有较高的灵敏度。一般要求被测导体的厚度大于两倍的涡流穿透深度。 D/d 0 1 2 3 4 0.5 1.0 传感器灵敏度K （3）只有在 D/d 大于3.5时，传感器灵敏度才有稳态值。 d D 三、电涡流传感器的测量电路 根据传感器线圈与被测导体间的距离 x 的变化可以转换为品质因数Q、阻抗Z、线圈电感L三个参数的变化。 1、调幅式电路 L、C0组成谐振电路，谐振频率 第三章 电感式传感器 源极跟踪器 交流放大器 检波滤波器 x VDC 振荡器 R C0 L 第三章 电感式传感器 振荡器向传感器线圈L和C组成的并联谐振回路提供一个频率及振幅稳定的高频激励信号，它相当于一个恒流源。当被测导体距传感器线圈相当远时，传感器谐振回路的谐振频率为回路的固有频率，这时谐振回路的品质因数Q值最高，阻抗最大，振荡器提供的恒定电流与其上产生的压降最大。当被测导体与传感器线圈距离在传感器测试范围内变化时，由于涡流效应使传感器的品质因数Q值下降，传感器线圈的电感也随之发生变化，从而使谐振回路工作在失谐状态，这种失谐状态随被测导体与传感器线圈距离越来越近而变得越来越大，回路输出的电压也越来越小。谐振回路输出的信号经检波、滤波放大后送给后续电路，可直接显示出被测物体的位移量。 工作原理： 第三章 电感式传感器 x 前置级 整形放大 鉴频器 滤波 VDC 2、调频式电路 放大 限幅 鉴频 滤波 VDC x 将LC谐振回路和放大器结合构成LC振荡器，故频率始终为谐振频率，幅值始终为谐振曲线峰值，即 第三章 电感式传感器 可见，在涡流增大时，L1减小，R1增大和谐振频率变高，而输出幅值变小。利用频率与幅值同时变化的特点。 ① 测出图中峰值（利用峰值检波器） ② 直接输出频率。 优点：电路简单，线性范围宽。 V0 f3 f f0 f1 f2 应用1： 连续油管的椭圆度测量 Coiled Tube Eddy Sensor Reference Circle 原理： 四、电涡流传感器的应用 第三章 电感式传感器 应用2： 无损探伤 原理 裂纹检测，缺陷造成涡流变化。 火车轮检测 油管检测 第三章 电感式传感器 应用3： 测厚 应用4： 零件计数 第三章 电感式传感器 * ρ (1) 变压器电路 输出空载电压 衔铁偏离中间零点时 u0 z2 z1 u/2 u/2 初始平衡状态，Z1=Z2=Z, u0=0 图 变压器电桥 1、调幅电路 第三章 电感式传感器 传感器衔铁移动方向相反时 空载输出电压 只能确定衔铁位移的大小，不能判断位移的方向。 为了判断位移的方向，要在后续电路中配置相敏检波器。 第三章 电感式传感器 （2）谐振式调幅电路 电路的灵敏度很高，但是线性差，适用于线性要求不高的场合。 图 谐振式调幅电路 第三章 电感式传感器 谐振点的自感值 传感器自感变化将引起输出电压频率的变化。 G C L f 图 调频电路 L f 0 2. 调频电路 第三章 电感式传感器 f 较大时有较高的精度。 传感电感变化将引起输出电压相位变化 3.调相电路 图 调相电路 第三章 电感式传感器 第三章 电感式传感器 第三章 电感式传感器 自感传感器的灵敏度：（传感器测头+转换电路）总灵敏度 传感器结构（测头）灵敏度： 转换电路灵敏度： 总灵敏度： 传感器灵敏度单位：mV/（?m ? V） 五、传感器的灵敏度 当电源电压为1V，衔铁偏移1 ?m 时，输出电压为多少mV。 在调幅式电路中，当u0=0时，应有Z1=Z2=Z，而Z包含两部分R和L，只有两部分分别相等时（即R1=R2，L1=L2），才能保证u0=0。但在实际中很难达到，实际的u0—x曲线如图，?x=0时， u0=e0，称为零点残余电压。 零残电压过大带来的影响： 灵敏度下降、非线性误差增大 测量有用的信号被淹没，不再反映被测量变化造成放大电路后级饱和，仪器不能正常工作。 产生的原因：① 两电感线圈的等效参数（电感、电阻）不对称； ② 铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。 第三章 电感式传感器 七、零点残余电压 减小的措施： 设计上：使上、下磁路对称，尽量减小铜损电阻Rc，增大铁心的涡流损Re及磁滞损Rh以提高线圈的品质因数； 制造上：使上、下磁性材料一致。零部件配套挑选