电涡流位移传感器检测车轮外形的研究.docx

电涡流位移传感器检测车轮外形的研究李德维，周文祥，涂 军（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川 成都 610031）摘 要：简单分析了电涡流位移传感器特性，设计了电涡流位移传感器标定试验方案，提供了不同曲率半径的传感器标定试验结果，最后给出了车轮形状测量试验的结果与分析。 关键词：电涡流位移传感器；检测；车轮；试验中图分类号：TM930.12 + 4文献标识码：A文章编号：1672- 1187（2005）06- 0031- 03Study on the measur ement of wheel′s pr ofile with eddy cur r ent sensorLI De- wei，ZHOU Wen- xiang，TU Jun（Traction Power Key Lab，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China）Abstr act：Eddy current sensor′s character is simply analyzed. The calibrating experiment scheme that calibrating module are scanned and measured with the eddy current sensor is devised. The results of the calibration experiment on different measured parts of module with eddy current sensor are presented. Finally the analyse and result of experiment about the wheel profile are turned out.Key wor ds：eddy current sensor；measurement；wheel；experiment车辆段检修线收入位轮对表面污染严重，因此近十余年，一直在进行轮对尺寸自动测量的研究。目前的 方案有三种：（1）采用机械量接触式电测方案[1，2]，由于轮对尺寸 基准定位的特殊性，常规方法很难获得满意的性能。（2）采用 CCD 视觉测量方案，得到的光学图像边界 受环境光和表面颜色影响较大，附加设备过多[3，4]。（3）采用激光位移传感器扫描的方案[5，6]，基于 CCD技术的激光位移传感器精度较高，但价格昂贵。 电涡流位移传感器有不受金属表面涂料、油污影响，价格低的优点，但有“测量斑”较大的弊端，如何克 服此缺点是一个关键问题。在文献[7]的基础上，本文分析了电涡流位移传感 器的特性，设计了电涡流位移传感器标定试验，采用专 门定制的小直径传感器，进行系统的标定试验，以此为 基础进行了车轮形状的测试试验，并提供了相关的测 试结果与误差原因分析。生的电涡流效应将与被测金属的距离转换成一定的线圈阻抗，通过放大器处理得到距离信号。传感器不受金 属表面涂料、油、沙尘、水等介质影响，反应快，输出稳 定，可实现非接触测量。但将它用于形状测量，首先涉 及用局部表面代替一点的问题，从传感器原理可知其 输出依赖于探头线圈周围的电磁场分布，为了减小曲 面测量误差影响，必须研究磁场的作用区域。（1）电磁场纵向区域：电涡流位移传感器灵敏度和 线性度主要受线圈产生的磁场分布情况的影响。对于 被测材料确定的情况，传感器线圈电感随传感器端面 到被测物距离 d 的增加而减小，在比较小的范围内基 本呈线性关系，该范围大约为线圈直径的 1/5~1/3。（2）电磁场横向区域：电磁场在线圈半径 r 方向只 有一定的径向形成范围，电涡流随半径 r 的变化规律 见图 1。从 jr- r 关系曲线看出，在 r = a 处，产生最大的 涡流密度，r a 时电流密度非常小，可设想为无涡流的 小孔；r a 时随着 r 增大电流密度减小，当 r =1.8 a 时， 电涡流密度衰减到 5%。因此被测导体相对线圈平面径 向宽度不应小于线圈外径的两倍，如果小于该尺寸则 灵敏度不是常数，从而引入测量误差。1电涡流传感器特性电涡流位移传感器结构简单，它借助电磁感应产收稿日期：2005- 06- 21作者简介：李德维（1979- ），男，在读硕士研究生，主要从事测控技术及故障诊断方面的研究。-31-电力机车与城轨车辆·2005 年第 6 期l1 = l2 =（1）2图 1 电涡流传感器2传感器标定试验图 3 电涡流传感器标定块为减小“测量斑”的影响，对一个测量范围达到1.6 mm 且线圈直径为 3 mm 定制的电涡流位移传感器 进行标定，试验装置如图 2 所示。该装置包括光栅尺、 定制的小直径电