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電渦流位移傳感器原理

點(diǎn)擊次數(shù):3297  更新時(shí)間:2024-06-18
   電渦流位移傳感器基本原理
  從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析,大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),主要取決于其核心—轉(zhuǎn)軸,而電渦流傳感器,能直接非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài),對(duì)諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對(duì)中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機(jī)械問題的早期判定,可提供關(guān)鍵的信息。
 
  根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流,此電流叫電渦流,以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。
 
  電渦流位移傳感器系統(tǒng)中的前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈,在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng),則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,與此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng),由于其反作用,使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變(線圈的有效阻抗),這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。
 
  通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性,則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強(qiáng)度I和頻率ω參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F(τ,ξ,б,D,I,ω)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制τ,ξ,б,I,ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變,則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù),雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的,其函數(shù)特征為“S”型曲線,但可以選取它近似為線性的一段。
 
  于此,通過前置器電子線路的處理,將線圈阻抗Z的變化,即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化,輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化,電渦流位移傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。
 
  按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況,傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類,但從基本工作原理上來說仍是相似的。
 
  其工作過程是:當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí),探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化,Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化,而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓(電流)變化,終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓(電流)。由上所述,電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半,即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)

  電渦流位移傳感器的工作原理
  當(dāng)被測(cè)體(金屬)靠近磁場(chǎng),那么此被測(cè)金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,這個(gè)電渦流又產(chǎn)生一個(gè)與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)的反作用,使頭部線圈高頻電流的幅度和相位產(chǎn)生線圈的有效阻抗,此變化與金屬被測(cè)體的磁導(dǎo)率以及線圈的幾何形狀、尺寸、頻率及頭部線圈到導(dǎo)體的距離這些參數(shù)有關(guān)。
 
  通過前置器電路板的處理,把線圈阻抗的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化,輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)金屬表面間的距離而變化,電渦流位移傳感器就是根據(jù)此原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)測(cè)量。也就是說當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí),探頭中線圈的電勢(shì)值也發(fā)生變化,電勢(shì)值的變化引起振蕩的電壓幅度變化,而這個(gè)位移變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波和濾波、線性補(bǔ)償以及歸一處理,轉(zhuǎn)化為電壓、電流,終完成位移轉(zhuǎn)換成。因此在電渦流位移傳感器工作中,被測(cè)體也可視作渦流傳感器系統(tǒng)的另一半,即電渦流位移傳感器的性能是與被測(cè)體有很大關(guān)系的。
 
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