传感与检测技术(周杏鹏)第四章精选.ppt

2. 电涡流形成范围 图4-56所示为电涡流密度轴向分布曲线。由图可见：电涡流密度主要分布在表面附近。 高频反射式电涡流传感器工作原理如图4-53所示，传感器结构如图4-57所示，由一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈外径大时，线圈磁场的轴向分布范围大，但磁感应强度变化梯度小；线圈外径小时则相反。 3. 高频反射式电涡流传感器 图4-58为这种电路的原理框图。图中L为传感器线圈电感，与电容C组成并联谐振回路，晶体振荡器提供高频激励信号。 3. 高频反射式电涡流传感器 (1) 定频调幅电路 LC回路谐振频率的偏移如图4-59所示。当被测导体为软磁材料时，由于L增大而使谐振频率下降（向左偏移）；当被测导体为非软磁材料时则谐振频率上升（向右偏移）。 （2） 变频调幅电路 图4-62中，由于采用了有较大电容量的C1、C2，使与之并联的晶体管极间电容受温度而变的影响大为减小。同时为了减小电缆电容变动的影响，将谐振回路元件L、C一起做在探头里。这样，电缆的分布电容就并联到大电容C1、C2上，从而大大减小了分布电容变化对频率的影响。为了与负载隔离，振荡器可通过射极跟随器输出。 (3) 调频电路 与高频反射式电涡流传感器相比，低频透射式传感器采用低频激励，贯穿深度大，适用于测量金属材料的厚度。图4-63为其工作原理示意图。 4. 低频透射式电涡流传感器 涡流传感器主要用于位移、振动、转速、距离、厚度等物理参数的测量，测量范围大、灵敏度高、结构简单、抗干扰能力强，而且可以实现非接触测量，在工业生产和科学研究的各个领域中得到了广泛的应用。 5. 电涡流传感器的应用 3 u:泊松系数，ε：轴向应变 * σ：sigma * 2. 运算放大器式电路 图4-35是运算放大器测量电路原理图。图中Cx是传感器的电容,Ui是交流电源电压，Uo是输出电压信号。 2. 运算放大器式电路 由运算放大器的工作原理可有： 如果是变极距式的电容传感器，则Cx =?S/ dx，代入上式可有： 式中，“－”号表示输出电压与电源电压反相。 上式说明：运算放大器的输出电压与极板间距离dx成线性关系，从而克服了变间隙式电容传感器的非线性问题！运算放大器虽解决了单个变极距式电容传感器的非线性问题，但要求放大器具有足够大的放大倍数，而且输入阻抗很高。 双T二极管型测量电路如图4-36所示。U是高频电源，提供幅值为U的对称方波；D1、D2为特性完全相同的两个二极管，R1=R2=R；C1、C2为传感器的两个差动电容，RL为负载电阻。 3. 双T二极管型电路 3. 双T二极管型电路 双T二极管型电路的应用特点和要求: (1)电源、传感器电容、负载均可同时在一点接地； (2)二极管D1、D2工作于高电平下，因而非线性失真小； (3)其灵敏度与电源频率有关，因此电源频率需要稳定； (4)将D1、D2、R1、R2安装在C1、C2附近能消除电缆寄生电容 影响，线路简单； (5)输出电压较高； (6)输出阻抗与电容C1和C2无关，而仅与R1、R2及RL有关； (7)输出信号的上升沿时间取决于负载电阻RL，可用于动态测 量； (8)传感器的频率响应取决于振荡器的频率。 差动脉冲调宽电路不需要载频和附加解调线路，无波形和相移失真，输出信号只需要通过低通滤波器引出，直流信号的极性取决于C1和C2；对变极距和变面积的电容传感器均可获得线性输出。这种脉宽调制线路也便于与传感器做在一起，从而使传输误差和干扰大大减小。 4.差动脉冲调宽电路 4.3 电感式传感器 电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置．可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量。 电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时。一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。 4.3 电感式传感器 4.3.1 自感式传感器 4.3.2 互感式传感器 4.3.3 电涡流式传感器 4.3.1 自感式传感器 当线圈匝数一定时，电感L仅仅是磁路中磁阻Rm的函数，当改变气隙长度?或气隙面积S均可导致电感L的变化。相应的，变磁阻式电感传感器可分为变气隙长度和变气隙面积两种类型的传感器，前者用来测量线位移，后者用来测量角位移。 对于变面积式电感传感器而言，线圈电感L与气隙面积S是成正比的，而变气隙长度传感器中电感L和气隙长度?成反比。 1. 工作原理与输出特性 电感L和气隙长度?的特性曲线可用图4-40所示。当衔铁的位移量即气隙的变化量为??时，由图可见：当气隙长度增加??时，电感变化为-?L1，当气隙长度减小??时，电感的变化量为+?L2，虽然气隙长度前后