4.4.1电涡流传感器定位检测（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

● 项目——位移检测 ● 任务——自动生产线工件的定位检测 1 电涡流传感器定位测量 ► 任务导入 在机械加工自动生产线上，常常使用接近开关进行工件的加工定位。 金属工件 金属工件 减速接近开关 传送机构 定位接近开关 传送机构 ► 电涡流式传感器 电涡流传感器定位测量 ● 定义：利用电涡流效应，将非电量转换成阻抗的变化而进行测量的一种传感器。 ● 应用 金属探测（安全检测等） 微小位移和振动测量 转速、表面状态等诸多与电涡流有关的参数 无损探伤及接近开关 3 电涡流传感器定位测量 ● 定义：利用电涡流效应，将非电量转换成阻抗的变化而进行测量的一种传感器。 ● 特点 能对位移、厚度、表面温度、速度、 应力、材料损伤等进行非接触式连续测量 体积小 灵敏度高 频率响应宽 ► 电涡流式传感器 4 ► 电涡流式传感器工作原理 根据法拉第电磁感应原理, 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, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。 电涡流式传感器 高频反射式 低频透射式 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器工作原理 线圈中通以高频信号 I1 正弦交变磁场 H1 金属导体内就会产生涡流I2 涡流产生电磁场H2 反作用于线圈 ,改变了电感 ● 线圈置于金属导体附近： 6 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器工作原理 01 02 03 电涡流线圈的等效电感L 减小 等效电阻R 增大 流过电涡流线圈的电流 i1 增大 ● 当电涡流线圈与金属板的距离x 减小时 7 ► 电磁炉的工作原理 ● 高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底发热，烧开锅内食物。 电涡流传感器定位测量 电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进行测量的。因此，被测物体的物理性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。 1. 高频反射式电涡流传感器 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器工作原理 涡流传感器结构示意图 9 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器工作原理 √ 在被测金属的上方设有发射传感器线圈L1，在被测金属板的下方设有接受传感器线圈L2。 √ 当在L1上加低频电压u1时，则在L1上产生交变磁通Φ1 ，若两线圈之间无金属板，则交变磁场直接耦合至L2中，L2 产生感应电压u2。如果将被测金属板放入两线圈之间，则L1线圈产生的磁通将导致在金属板中产生电涡流ie ，此时磁场能量受到损耗，到达L2 的磁通将减弱为Φ2 ，从而使L2 产生的感应电压u2下降。 √ 显然，金属板厚度尺寸 d 越大，穿过金属板到达L2 的磁通 Φ2 就越小，感应电压u2 也相应减小。因此，可根据u2 的大小得知被测金属板的厚度。 2. 低频透射式电涡流传感器 低频透射式涡流传感器结构原理图 10 ► 等效电路 ● R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。 ● 短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。 电涡流传感器定位测量 电涡流传感器定位测量 ► 工作原理 基尔霍夫电压定律 ● 线圈的等效阻抗Z ● 等效电感L ● 品质因数Q 12 电涡流传感器定位测量 ► 工作原理 基尔霍夫电压定律 当被测导体的某些参数发生变化时，可引起涡流式传感器线圈的阻抗Z、电感L和品质因数Q发生变化，通过测量Z、L或Q就可求出被测量参数的变化。 结论 13 Z L Q 电压或电流的变化 电桥 谐振电路 调幅法 调频法 电 涡 流 式 传 感 器 测 量 电 路 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器测量电路——电桥式测量电路 电涡流式传感器的电桥电路 √ L1、L2为两个涡流线圈的电感值，组成差动电路，也可以一个是涡流传感器线圈，另一个是固定线圈，起平衡桥路的作用。 √ 由L1C1并联、L2C2并联及R1、R2组成电桥的四个桥臂，振荡器提供电源及涡流传感器工作所需频率。 √ 在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波，就可得到与被测量成正比的输出。 15 当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将∆f转换为电压∆Uo。 电涡流传感器定位测量 ► 电涡流式传感器测量电路——调频式测量电路 16 $$