传感器与检测技术 第三章..ppt

2002/12总结 ② 动铁芯上移时：则 代入式得 ③ 动铁芯下移时：同理可得 下页 上页 返回 当铁芯移动时，U2就随着铁芯位移x成线形增加，其特性如图所示，形成V形特性。如果以适当方法测量U2，就可以得到与x成正比的线性读数。 下页 上页 返回 当次级开路时，初级线圈的交流电流为 次级线圈的感应电动势为 差动变压器的空载输出电压为 其有效值为 2. 等效电路分析 下页 上页 返回 由以上分析可得： ① 当活动衔铁处于中间位置时M1=M2，故此时输出电压U2=0。 ② 当活动衔铁上移时，M1＞M2，此时输出电压 U2＜0。 输出阻抗为 其复阻抗的模为 下页 上页 返回 ③ 当活动衔铁下移时，M1＜M2，此时输出电压U2＞0。 输出电压还可以写成 下页 上页 返回 1. 差动整流电路 3.2.2 测量电路 下页 上页 返回 差动变压器的输出电压为上述两电压的代数和，即 U2=U24 - U68 对于图 （b）全波电压 输出电路： 当铁芯在中间位置时，U24=U68 ，所以U2=0 ； 当铁芯在零位以上时，因为U24U68 ，则U2＞0； 当铁芯在零位以下时，因为U24U68 ，则U2＜0。 可见铁芯在零位以上或以下时，输出电压的极性相反，于是零点残余电压会自动抵消。此外，该电路还具有结构简单、分布电容影响小和便于远距离传输等优点，获得广泛的应用。 下页 上页 返回 差动变压器和LZX1（相敏整流放大器）的连接电路如图所示。u2为信号输入电压，us为参考输入电压，R为调零电位器，C为消振电容，移相器使参考电压和差动变压器次级输出电压同频率，相位相同或相反。 2. 相敏检波电路 下页 上页 返回 3.3 电涡流式传感器 根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状流动的感应电流，称之为电涡流，这种现象称为电涡流效应。 下页 上页 返回 3.3.1 工作原理 1. 高频反射式电涡流传感器 高频反射式电涡流传感器 下页 上页 返回 解此方程组可得电涡流传感器的等效阻抗为 电涡流传感器的等效阻抗可表示为 等效电阻 等效电感 根据等效电路，可列出电路方程组为 下页 上页 返回 由此可见，被测量数变化可以转换成传感器线圈的等效阻抗Z、等效电感L及品质因素Q等的变化。通过转换电路可把这些种参数转换为电压或电流输出。 线圈的品质因数由无涡流时的 下降为 下页 上页 返回 下页 上页 返回 2. 低频透射式电涡流传感器 根据接受线圈感应电压u2的大小得到被测金属板得厚度。 下页 上页 返回 频率越低（f1＜f2＜f3）磁通穿透能力越强，在接受线圈上感应的电压u2也越高，且频率较低时，线性较好，因此要求线性好时应选择较低的激励频率(通常为1kHz左右) d较小时，f3曲线的斜率较大，因此测薄板时应选较高的激磁频率，测厚板时应选较低的激磁频率。 低频透射式涡流传感器的检测范围可达1mm～100mm，分辨率为0.1。 下页 上页 返回 3.3.2 测量电路 根据电涡流测量的基本原理和等效电路，传感器线圈与被测金属导体间距离的变化可以转化为传感器线圈的品质因数Q、等效阻抗Z和等效电感L的变化。测量电路的任务是把这些参数的变化转换为电压或电流输出，可以用三种类型的电路： 电桥电路 谐振电路 调幅 调频 正反馈电路 下页 上页 返回 1. 电桥电路 电桥将线圈阻抗的变化转换成电压幅值的变化。 这种电路结构简单，主要用于差动式电涡流传感器。 下页 上页 返回 2. 谐振电路 这种方法是把传感器线圈与电容并联组成LC并联谐振电路。 并联谐振电路的谐振频率为 谐振时LC并联谐振回路的等效阻抗最大，等于 式中，R’为谐振回路的等效电阻；L为传感器线圈的自感。 下页 上页 返回 当传感器接近被测金属导体时，线圈电感L发生变化，回路的等效阻抗Z和谐振频率将随着L的变化而变化，相应的就是调幅法和调频法。 1. 调幅法 调幅法测量电路 谐振调幅电路特性 下页 上页 返回 2. 调频法 传感器线圈作为组成LC振荡器的电感元件，当传感器的等效电感L发生变化时，引起振荡器的振荡频率变化，该频率可直接由数字频率计测得，或通过频率/电压