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電渦流式傳感器原理
點擊次數:1385 更新時間:2018-12-21

電渦流式傳感器原理

電渦流式傳感器,將位移、厚度、材料損傷等非電量轉換為電阻抗的變化(或電感、Q值的變化),從而進行非電量的測量。
一、工作原理
電渦流式傳感器由傳感器激勵線圈和被測金屬體組成。根據法拉第電磁感應定律,當傳感器激勵線圈中通過以正弦交變電流時,線圈周圍將產生正選交變磁場,是位于蓋磁場中的金屬導體產生感應電流,該感應電流又產生新的交變磁場。新的交變磁場阻礙原磁場的變化,使得傳感器線圈的等效阻抗發生變化。傳感器線圈受電渦流影響時的等效阻抗Z為
式中,ρ為被測體的電阻率;μ為被測體的磁導率;r為線圈與被測體的尺寸因子;f為線圈中激磁電流的頻率;x為線圈與導體間的距離。
由此可見,線圈阻抗的變化*取決于被測金屬的電渦流效應,分別與以上因素有關。如果只改變式中的一個參數,保持其他參數不變,傳感器線圈的阻抗Z就只與該參數有關,如果測出傳感器線圈阻抗的變化,就可以確定該參數。在實際應用中,通常是改變線圈與導體間的距離x,而保持其他參數不變,來實現位移和距離測量。
二、等效電路
討論電渦流式傳感器時,可以把產生電渦流的金屬導體等效成一個短路環,即假設電渦流只分布在環體內。因此,電渦流式傳感器的等效電路計算方法為:
由于電渦流的影響,線圈復阻抗的實部(等效電阻)增大、虛部(等效電感)減小。因此,線圈的等效品質因數下降。
電渦流式傳感器的等效電氣參數都是互感系數M2的函數。通常總是利用其等效電感的變化組成測量電路,因此,電渦流式傳感器屬于電感式(互感式)傳感器。
三、測量電路
用于電渦流傳感器的測量電路主要有調頻式,調幅式測量電路兩種。
1、調頻式測量電路
調頻式測量電路,傳感器線圈作為組成LC振蕩器的電感元件,當傳感器等效電感在渦流影響下因被測量變化而變化時,將導致振蕩器的振蕩頻率發生變化,該頻率可直接由數字頻率計測得,或通過頻率-電壓變換后用數字電壓表測量出對應的電壓。
2、調幅式測量電路
調幅式測量電路,由傳感器線圈、電容和石英晶體組成的石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩器相當于一個恒流源,給諧振回路提供一個頻率穩定的激勵電流。

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