电涡流位移传感器的研制.doc

题目：一种新型电涡流位移传感器的研制 目 录 1绪论 1 1.1电涡流传感器技术现状 1 1.2本文的主要研究工作 3 2.传感器的基本理论 5 2.1传感器的定义 5 2.2.传感器的组成 5 2.3传感器的分类 7 3.电涡流传感器基本原理 8 3.1电涡流传感器的原理及分析 8 3.1.1电涡流效应 8 3.1.2电涡流作用原理 8 3.1.3等效电路及分析 9 4.测量系统硬件平台设计与实现 12 4.1运动控制台的设计 12 4.2处理器的选型 13 4.2.1 C8051F330的概述 13 4.2.2 C8051F330系列的开发环境 15 4.3系统的硬件电路设计 16 4.3.1测量电路的基本原理 16 4.3.2方波产生电路 17 4.3.3信号放大电路 18 4.3.4电源部分 19 4.4本章小结 20 5数据处理和分析 21 5.1最佳仪表的静态特征的计算 21 5.2特性曲线和拟合方程式 22 5.3 数据处理结果 25 6.数据处理系统的单片机编程 26 6.1数据采集系统设计 26 6.1.1 数据采集的基本原理 26 6.2原程序的生成 28 6.2.1 原程序流程图 28 6.2.2 主程序代码 31 7.总结与展望 35 7.1工作总结 35 7.2工作展望 35 致谢 36 参考文献 37 1绪论 1.1电涡流传感器技术现状 随着科学技术的发展，在测试技术中，已广泛地采用非电量电测技术及其仪器。非电量电测技术具有下列主要优点： (1)测量的准确度和灵敏度高，测量范围广。 (2)由于电磁仪表和电子装置的惯性小，测量的反应速度快。即具有比较宽的频率范围。 (3)能自动连续地进行测量，便于自动记录。 (4)采用单片机微处理做成的仪器可与微型计算机一起组成测量系统。 (5)可以进行远距离测量，从而能实现集中控制和远距离控制。 (6)一般被测对象取用功率小，因而可以减小对被测对象的影响，提高测量精度。 但在不少场合，还要求能对被测物体进行非接触测量。这是因为：（1）传感器测头与被测体接触，或者把传感器固定在被测体上时，相当于对被测体加一负载，这样会影响测量的精度；（2）在有些场合下，根本无法用接触的方法来测量，如对高速旋转轴的振动测量等。因此，在非电量电测技术领域中，非接触测量方法及仪器的研究，一直是检测技术发展的一个重要方面。 作为无接触测量的传感器，目前虽然已有多种，如电容检测法、电感监测法、超声检测法等等。但在工业生产或一般实验中，普遍适用的却不多。以前用的最多的是电感式和电容式两种，电感传感器虽然使用可靠，但是体积大，测量的线性范围小；电容传感器的体积小，结构简单，灵敏度高，但是测量的范围小，测量值受到介质和电磁场的影响较大，在现场使用亦有困难，因此都不能满足实际使用中的要求。目前，随着电光技术的发展，光电器件质量有了很大提高，光电检测法也成了一种很有前途的非接触测量的非电量测试技术。而同时，又发展了一种建立在电涡流原理上的传感器，即电涡流传感器。它可以把位移、振幅、厚度、尺寸、裂纹等参数变换成电量来进行测量，并且具有测量线性范围大，结构简单，不受油污等介质的影响，频响宽，抗干扰能力强等优点。国外已用于汽轮机、空间压缩机等旋转轴的径向振动测量与轴向位移测量，并用来作为连续监控装置国内已研制成功了电涡流式位移振动测量仪和电厂汽轮机监视用位移计、偏心度计等。 首先将电涡流现象和测量方法联系起来的是休斯在1879年的实验。而逐渐形成一种测试手段和技术是本世纪四、五年代后的事。此后德国的Rentique研究所和美国的Bently Nevada公司相继研究了电涡流传感器的原理，并逐渐发展出了产品及仪器。目前，生产ESC较多的是国家是美、日、德、英等国家。一些产品（包括过国内的）的主要性能如表1.1: 表1-1 某些ECS主要技术性能 国家 生产 单位 型号 线性 范围 （mm） 分辨率 （μm） 工作 温度 (℃) 端部 直径 （mm） 频率 范围 （kHZ） 美国 BN 190 1.5 2.5 7.6 0～10 日本 AEC 5P05 1 0.3 5 0～10 日本 小野测器 制作所 VS-0 11 1 5 0～10 中国 杭州自动 化仪器厂 CZF-100 1.2 1 -15～80 7 0～20 中国 清华 QH-3 1 0～70 14 在我们国家，研制电涡流检测仪器历史不过十多年，作为产品也只有十年。但是由于该类仪器本身的一些优点，一些仪器研制出来以后，很快被工业部门广泛用于测量位移、厚度、只寸、振动、转速、压力、电导率以及金属材料探伤和缺陷检测等。鉴于上述的情况，可以这样认为，研制ESC并