變磁阻式傳感器

1、1第第6章章 變磁阻式傳感器變磁阻式傳感器q電感式傳感器電感式傳感器q差動(dòng)變壓器式傳感器差動(dòng)變壓器式傳感器q電渦流傳感器電渦流傳感器2基礎(chǔ)知識(shí)一：磁力基礎(chǔ)知識(shí)一：磁力 (B)線的分布規(guī)律線的分布規(guī)律磁力線是一簇封閉的無(wú)頭無(wú)尾的永不相交的曲線；磁力線是一簇封閉的無(wú)頭無(wú)尾的永不相交的曲線；磁力線總是趨向于走磁阻最小的路徑；磁力線總是趨向于走磁阻最小的路徑；磁力線磁力線垂直垂直穿出或進(jìn)入導(dǎo)磁體表面；穿出或進(jìn)入導(dǎo)磁體表面；當(dāng)兩磁極表面平行且氣隙很小時(shí)，磁場(chǎng)可看作是當(dāng)兩磁極表面平行且氣隙很小時(shí)，磁場(chǎng)可看作是均勻的，而且磁力線呈平行直線。均勻的，而且磁力線呈平行直線。3氣隙磁通當(dāng)兩磁極表面平行且氣隙很小時(shí)

2、，磁場(chǎng)當(dāng)兩磁極表面平行且氣隙很小時(shí)，磁場(chǎng)可看作是均勻的，而且磁力線呈平行直線。可看作是均勻的，而且磁力線呈平行直線。4基礎(chǔ)知識(shí)二：磁阻與磁導(dǎo)基礎(chǔ)知識(shí)二：磁阻與磁導(dǎo)SlRFmF導(dǎo)磁體磁阻：l: 磁路長(zhǎng)度磁路長(zhǎng)度 S: 磁路橫截面磁路橫截面導(dǎo)體導(dǎo)磁率導(dǎo)體導(dǎo)磁率F（10-3H/m量級(jí)）量級(jí)）空氣導(dǎo)磁率空氣導(dǎo)磁率0 =410-7H/m亨利）磁導(dǎo)：(1mFRG SRm0空氣磁阻：mFmRRF05基礎(chǔ)知識(shí)三：等效磁路基礎(chǔ)知識(shí)三：等效磁路l1/A1l2/A2l3/A3G1G2G32111GGG113113GGGGG磁路磁路1和和2并聯(lián)并聯(lián)：再和再和3串聯(lián)串聯(lián)：6線圈電感線圈電感：由磁路歐姆定律由磁路歐姆定律

3、，磁通磁通定義為定義為：IWILnimiRIW1其中：其中：L:線圈電感；線圈電感；：磁通；：磁通；W:線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)； I:線圈電流；線圈電流；Rmi:第第i段磁路磁阻段磁路磁阻磁鏈定義為磁鏈定義為： W串聯(lián)回路串聯(lián)回路磁勢(shì)磁勢(shì)：niminiiminiiRRuWI111磁壓降磁阻7概述概述 變磁阻式傳感器：變磁阻式傳感器： 利用磁路磁阻變化引起傳感器線圈的電感（自感利用磁路磁阻變化引起傳感器線圈的電感（自感L或或互感互感M）變化來(lái)檢測(cè)非電量的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。）變化來(lái)檢測(cè)非電量的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。按照工作原理分類：按照工作原理分類：自感式：自感式： L變化變化差動(dòng)變壓器式：差動(dòng)變壓器式：M變化變

4、化電渦流式：電渦流式： L、M變化變化按結(jié)構(gòu)分類：按結(jié)構(gòu)分類：氣隙式電感傳感器（閉磁路結(jié)構(gòu)形式）氣隙式電感傳感器（閉磁路結(jié)構(gòu)形式）螺管式電感傳感器（開磁路結(jié)構(gòu)形式）螺管式電感傳感器（開磁路結(jié)構(gòu)形式）8l2S2S16.1 電感式傳感器電感式傳感器一、單電感傳感器一、單電感傳感器線圈線圈鐵芯鐵芯銜鐵銜鐵Usr問(wèn)：加問(wèn)：加直流電直流電和交流和交流電時(shí)回電時(shí)回路電流路電流相同嗎？相同嗎？910簡(jiǎn)單電感傳感器的工作原理簡(jiǎn)單電感傳感器的工作原理）（線圈的電感：HIWLW: :線圈的匝數(shù)線圈的匝數(shù) I: :線圈中的電流線圈中的電流 ：磁路磁通：磁路磁通 RM: :磁路總磁阻磁路總磁阻MRWI RslRiii

5、iMSR02MRWL2為何是2？11mFRR 當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí)當(dāng)線圈匝數(shù)為常數(shù)時(shí), 電感電感L僅僅是磁路中磁阻僅僅是磁路中磁阻Rm的函數(shù)的函數(shù), 只要改變只要改變或或S均可導(dǎo)致電感變化均可導(dǎo)致電感變化, 因此變磁阻式傳感器又可因此變磁阻式傳感器又可分為變氣隙厚度分為變氣隙厚度的傳感器和變氣隙面積的傳感器。使用的傳感器和變氣隙面積的傳感器。使用最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。最廣泛的是變氣隙厚度式電感傳感器。202SWL或GWRWL22121、變間隙簡(jiǎn)單電感傳感器的輸出特性、變間隙簡(jiǎn)單電感傳感器的輸出特性向上移動(dòng)：向上移動(dòng)： 0)(20021SWL)(00011LLLL20000001)(1

6、/11LL向下移動(dòng)：向下移動(dòng)： 0)(20022SWL)(00022LLLL20000002)(1/11LLL0L0-+L1-L213變間隙簡(jiǎn)單電感傳感器的輸出特性變間隙簡(jiǎn)單電感傳感器的輸出特性當(dāng)有兩個(gè)鐵芯，并采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)：當(dāng)有兩個(gè)鐵芯，并采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)時(shí)：20000001)(1)/11(LL20000002)(1)/11(LL2000201)(12LLLL結(jié)論：靈敏度提高，非線性減小。14Conclusions:減小減小0，增大靈敏度。，增大靈敏度。L/Lf(）為非線性，而且當(dāng)）為非線性，而且當(dāng)/ ，非線性，非線性增大。增大。非線性與測(cè)量范圍相互制約，一般取非線性與測(cè)量范圍相互制約，一般取/

7、 =0.10.2，所以變隙式電感式傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比所以變隙式電感式傳感器用于測(cè)量微小位移時(shí)是比較精確的。較精確的。與與 引起的引起的L的變化大小不同，且的變化大小不同，且越大，越大， 兩種情況對(duì)應(yīng)的兩種情況對(duì)應(yīng)的L相差越大。相差越大。為了減小非線性誤差為了減小非線性誤差, 實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙實(shí)際測(cè)量中廣泛采用差動(dòng)變隙式電感傳感器。式電感傳感器。特點(diǎn)特點(diǎn):與變間隙電容相似。與變間隙電容相似。2000201)(12LLLL152、電感傳感器的等效電路分析、電感傳感器的等效電路分析ReRhRcCL銅損電阻（銅損電阻（ R Rc c ）; ;鐵芯的渦流損耗電阻（鐵芯的渦流損耗電阻（

8、 R Re e ）; ;磁滯損耗電阻（磁滯損耗電阻（ R Rh h ）; ;寄生電容（寄生電容（C）. .24dWlSLRcpcccLptRe26L Lcpcp：每匝線圈平：每匝線圈平均長(zhǎng)度；均長(zhǎng)度；d d：導(dǎo)線的直徑。：導(dǎo)線的直徑。t t：鐵芯厚度；：鐵芯厚度；p p：渦流穿透深度渦流穿透深度. .Iet鐵芯的橫截面16不考慮寄生電容、磁滯損耗的等效電路：不考慮寄生電容、磁滯損耗的等效電路：ReRcLLReRc2211eeeeeeRLLjLRRLjRLjRLjR12LRRReee2)(11LRLLe由于渦流的作用，由于渦流的作用，使得等效電感減使得等效電感減小。小。分析討論：分析討論：17減

9、小對(duì)減小對(duì)L的影響的措施的影響的措施：減小鐵損的具體辦法：減小鐵損的具體辦法：1）鐵芯采用迭片式結(jié)構(gòu)）鐵芯采用迭片式結(jié)構(gòu);2）采用電阻率大的鐵氧材料）采用電阻率大的鐵氧材料.增大增大Re 增大增大(Re / l) 減小減小Re ReA-整流整流-低通濾波低通濾波-去去直流分量直流分量-復(fù)現(xiàn)原調(diào)制信號(hào)。復(fù)現(xiàn)原調(diào)制信號(hào)。解調(diào)電路解調(diào)電路：技術(shù)路線技術(shù)路線：76差動(dòng)整流檢波測(cè)量電路差動(dòng)整流檢波測(cè)量電路abcd77差動(dòng)整流檢波測(cè)量電路差動(dòng)整流檢波測(cè)量電路1）方波發(fā)生電路）方波發(fā)生電路mskkFkT4 . 41121ln102126782）電流放大電路）電流放大電路793）精密整流電路）精密整流電路io

10、UU0,iU當(dāng)80ioUU0,iU當(dāng)81加法電路加法電路1.討論兩半波整流器的輸入信號(hào)特點(diǎn)。2.討論兩半波整流器的輸出信號(hào)特點(diǎn)。3.加法器的作用相敏。見(jiàn)黑板！82一階低通濾波器一階低通濾波器83低頻低頻高頻高頻一階低通濾波器的波特圖一階低通濾波器的波特圖84設(shè)差動(dòng)電感傳感器的線圈阻抗分別為設(shè)差動(dòng)電感傳感器的線圈阻抗分別為Z1和和Z2Z2。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，Z1Z1= =Z2Z2= =Z Z，電橋處于平衡，電橋處于平衡狀態(tài)，狀態(tài)，C C點(diǎn)電位等于點(diǎn)電位等于D D點(diǎn)電位，電表指示為零。點(diǎn)電位，電表指示為零。 以差動(dòng)電感為例說(shuō)明相敏整流電路的原理：差動(dòng)電感傳感器差動(dòng)電感傳感

11、器相敏整流交流電橋相敏整流交流電橋85當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，Z1Z1= =Z+Z+Z Z，則下部線圈阻抗減，則下部線圈阻抗減少，少，Z2Z2= =Z-Z-Z Z。如果輸入交流電壓為正半周，則。如果輸入交流電壓為正半周，則A A點(diǎn)電位為正，點(diǎn)電位為正，B B點(diǎn)點(diǎn)電位為負(fù)，二極管電位為負(fù)，二極管V1V1、V4V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2V2、V3V3截止。在截止。在A-E-C-BA-E-C-B支路中，支路中，C C點(diǎn)電位由于點(diǎn)電位由于Z1Z1增大而比平衡時(shí)的增大而比平衡時(shí)的C C點(diǎn)電位降低；而在點(diǎn)電位降低；而在A-F-D-BA-F-D-B支中中，支中中，D D點(diǎn)電位由

12、于點(diǎn)電位由于Z2Z2的降低而比平衡時(shí)的降低而比平衡時(shí)D D點(diǎn)的電位增高，所以點(diǎn)的電位增高，所以D D點(diǎn)電位高點(diǎn)電位高于于C C點(diǎn)電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。點(diǎn)電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。如果輸入交流電壓為負(fù)半周，如果輸入交流電壓為負(fù)半周，A A點(diǎn)電位為負(fù)，點(diǎn)電位為負(fù)，B B點(diǎn)電位為正，二極點(diǎn)電位為正，二極管管V2V2、V3V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1V1、V4V4截止，則在截止，則在A-F-C-BA-F-C-B支中中，支中中，C C點(diǎn)電位由于點(diǎn)電位由于Z2Z2減少而比平衡時(shí)降低（平衡時(shí)，輸入電壓若為負(fù)半周，即減少而比平衡時(shí)降低（平衡時(shí)，輸入電壓若為負(fù)半周，即B B點(diǎn)電位點(diǎn)電位為正，為正，A A點(diǎn)電位為負(fù)，

13、點(diǎn)電位為負(fù)，C C點(diǎn)相對(duì)于點(diǎn)相對(duì)于B B點(diǎn)為負(fù)電位，點(diǎn)為負(fù)電位，Z2Z2減少時(shí)，減少時(shí)，C C點(diǎn)電位點(diǎn)電位更負(fù)）；而在更負(fù)）；而在A-E-D-BA-E-D-B支路中，支路中，D D點(diǎn)電位由于點(diǎn)電位由于Z1Z1的增加而比平衡時(shí)的的增加而比平衡時(shí)的電位增高，所以仍然是電位增高，所以仍然是D D點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位高于C C點(diǎn)電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。點(diǎn)電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時(shí)，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時(shí)，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。為負(fù)?？梢?jiàn)采用帶相敏整流的交流電橋，輸出信號(hào)既能反映位移大小又可見(jiàn)采用帶相敏整流的交流電橋，輸出信號(hào)既能反映位移大小又

14、能反映位移的方向。能反映位移的方向。 86相敏整流交流電橋仿真相敏整流交流電橋仿真87L1增大， L2減小。88L2增大， L1減小。894、應(yīng)用、應(yīng)用差動(dòng)變壓器傳感器是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器傳感器是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成線圈互感量變化，并且其次級(jí)繞組換成線圈互感量變化，并且其次級(jí)繞組采用差動(dòng)形式連接。采用差動(dòng)形式連接。目前應(yīng)用最多的是螺線管是差動(dòng)變壓器，目前應(yīng)用最多的是螺線管是差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量它可以測(cè)量1 1100mm100mm范圍以內(nèi)的機(jī)械位范圍以內(nèi)的機(jī)械位移量移量. .測(cè)振動(dòng)、加速度；測(cè)振動(dòng)、加速度；測(cè)撓度。測(cè)撓度。90袖珍型差動(dòng)變壓器位移變送器袖珍型差動(dòng)變壓器位移變送器型號(hào)：型

15、號(hào)：MSC710。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)嚴(yán)實(shí)、牢固，安裝、操作簡(jiǎn)單。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)嚴(yán)實(shí)、牢固，安裝、操作簡(jiǎn)單。應(yīng)用應(yīng)用工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。-公差質(zhì)量控制；公差質(zhì)量控制；-高度尺寸檢測(cè)；高度尺寸檢測(cè)；-試驗(yàn)臺(tái)、試驗(yàn)站；試驗(yàn)臺(tái)、試驗(yàn)站；-流動(dòng)試驗(yàn)車。流動(dòng)試驗(yàn)車。91振動(dòng)和加速度的測(cè)量振動(dòng)和加速度的測(cè)量銜鐵受振動(dòng)和加速度的作用，使彈簧受力變形，與彈簧連接的銜鐵的位銜鐵受振動(dòng)和加速度的作用，使彈簧受力變形，與彈簧連接的銜鐵的位移大小反映了振動(dòng)的幅度和頻率以及加速度的大小移大小反映了振動(dòng)的幅度和頻率以及加速度的大小。92左圖所示差動(dòng)變壓器式力傳感器：左圖所示差動(dòng)變壓器式力傳感器：外力作用

16、下，變形使差動(dòng)變壓器的外力作用下，變形使差動(dòng)變壓器的鐵芯微位移，變壓器次極產(chǎn)生相應(yīng)鐵芯微位移，變壓器次極產(chǎn)生相應(yīng)電信號(hào)。電信號(hào)。載荷測(cè)量載荷測(cè)量93張力測(cè)量張力測(cè)量94壓力測(cè)量壓力測(cè)量956.3 電渦流傳感器電渦流傳感器一、工作原理一、工作原理電渦流傳感器采用的是感應(yīng)電電渦流傳感器采用的是感應(yīng)電渦流原理。渦流原理。當(dāng)帶有高頻電流的線圈靠近被當(dāng)帶有高頻電流的線圈靠近被測(cè)金屬時(shí)，線圈上的高頻電流所測(cè)金屬時(shí)，線圈上的高頻電流所產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)便在金屬表面產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)便在金屬表面上產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之上產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流。為電渦流。電渦流效應(yīng)與被測(cè)金屬間的距電渦流效應(yīng)與被測(cè)金

17、屬間的距離及電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、線圈的幾離及電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率等何形狀、幾何尺寸、電流頻率等參數(shù)有關(guān)。通過(guò)電路可將被測(cè)金參數(shù)有關(guān)。通過(guò)電路可將被測(cè)金屬參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。屬參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化。電渦流傳感器就是根據(jù)這一原電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)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。等參數(shù)的測(cè)量。96電渦流的形成過(guò)程電渦流的形成過(guò)程線圈通入交變電流線圈通入交變電流I，在線圈的周圍產(chǎn)，在線圈的周圍產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)生交變的磁場(chǎng)H1；位于該磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)位于該磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并形成渦流；電動(dòng)勢(shì)并形成渦流；

18、渦流也產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)渦流也產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)H2，H2與與H1方方向相反；向相反；H2的作用引起線圈等效阻抗、等效電的作用引起線圈等效阻抗、等效電感等發(fā)生相應(yīng)的變化：感等發(fā)生相應(yīng)的變化：),(xfIrfZ: :電阻率；電阻率；:導(dǎo)磁率；導(dǎo)磁率；r r：線圈半徑等幾：線圈半徑等幾何尺寸；何尺寸；I:I:線圈電流；線圈電流；f:f:頻率；頻率；X:X:距離。距離。97二、電渦流等效電路分析二、電渦流等效電路分析02222121111LjIRIMjIUMjILjIRIsrUsrR1L1R2L2I1I2M9822222221222222211)()(LLRMLjRLRMRUIsr1IUZsr線圈等效阻抗：

19、2222222122222221)()(LLRMLjRLRMRZ122222221)(LLRMLLL線圈等效電感：線圈等效電感：9922222212222222120)(1)(1LRMRRLRMLLQQ1、品質(zhì)因素、品質(zhì)因素0222212222212011QZMRRZMLLQ110RLQ無(wú)渦流影響時(shí)線圈的Q值 電渦流使電渦流使等效電阻增大、等效電感減小等效電阻增大、等效電感減小，品質(zhì)因素減小。，品質(zhì)因素減小。 電渦流效應(yīng)消耗能量電渦流效應(yīng)消耗能量等效電阻等效電阻 等效電感、等效阻抗、品質(zhì)因素與等效電感、等效阻抗、品質(zhì)因素與M有關(guān)，是距離有關(guān)，是距離x的非線的非線性函數(shù)。性函數(shù)。 電渦流效應(yīng)與距

20、離電渦流效應(yīng)與距離x的關(guān)系：的關(guān)系：XH2電渦流效應(yīng)電渦流效應(yīng)L Q1001012、線圈對(duì)性能的影響、線圈對(duì)性能的影響電渦流的徑向形成范圍電渦流的徑向形成范圍(x固定）固定）結(jié)論：渦流密度在線圈外徑處最大；范圍隨外徑變化；在r1.8ras處，渦流衰減為最大值的5。11電渦流密度J與半徑r的關(guān)系曲線J0最大電渦流密度導(dǎo)體導(dǎo)體1023、電渦流沿金屬表面法向的貫穿深度、電渦流沿金屬表面法向的貫穿深度hzdeJJ/0處離表面的距離電渦流強(qiáng)度為表面的eh/1:z深度電流密度表面電流密度貫穿深度與頻率有關(guān)，頻率低，深度深。貫穿深度與頻率有關(guān)，頻率低，深度深。當(dāng)當(dāng)z=h時(shí)：時(shí)：eJJd0h表示渦流的貫穿深度

21、，表示渦流的貫穿深度，h越大，貫穿深度越深。越大，貫穿深度越深。1034、軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度與距離、軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度與距離x、 ras的關(guān)系的關(guān)系ras分布范圍大分布范圍大變化梯度小變化梯度小線性范圍大線性范圍大靈敏度小靈敏度小ras與上相反與上相反BP：軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度ras大ras小x/rasBP磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸向分布xras1045、被測(cè)體對(duì)電渦流測(cè)量的影響、被測(cè)體對(duì)電渦流測(cè)量的影響被測(cè)體是傳感器的組成部分被測(cè)體是傳感器的組成部分;被測(cè)導(dǎo)體的電導(dǎo)率越高，靈敏度越高被測(cè)導(dǎo)體的電導(dǎo)率越高，靈敏度越高;磁性體的靈敏度比非磁性體低磁性體的靈敏度比非磁性體低:電渦流效應(yīng)使等效電感電渦流效應(yīng)使等效電感L減小減

22、小;被測(cè)物為導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體的作用使得被測(cè)物為導(dǎo)磁體，導(dǎo)磁體的作用使得L，磁效應(yīng)抵消電渦流效應(yīng)。所以，被測(cè)物磁效應(yīng)抵消電渦流效應(yīng)。所以，被測(cè)物是磁性體，靈敏度較非磁性體低。是磁性體，靈敏度較非磁性體低。一般采用較高的激勵(lì)頻率；一般采用較高的激勵(lì)頻率；(數(shù)十?dāng)?shù)十KHz）鍍層對(duì)測(cè)量有影響；鍍層對(duì)測(cè)量有影響；對(duì)被測(cè)體的大小有要求。對(duì)被測(cè)體的大小有要求。105三、電渦流傳感器的典型結(jié)構(gòu)三、電渦流傳感器的典型結(jié)構(gòu)QZLMX,采用最常采用最常用的結(jié)構(gòu)用的結(jié)構(gòu)形式形式高高頻反射式頻反射式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu).106渦流探頭外形結(jié)構(gòu)及應(yīng)用107四、測(cè)量電路四、測(cè)量電路被測(cè)參數(shù)變化品質(zhì)因數(shù)Q較少使用等效阻抗Z交流電橋等效電感

23、L諧振電路諧振電路調(diào)幅電路調(diào)頻電路1081、調(diào)幅式測(cè)量電路調(diào)幅式測(cè)量電路原理：線圈電感原理：線圈電感 L與固定電容與固定電容C組成諧振回路，組成諧振回路，當(dāng)激振頻率與諧振頻率相等時(shí)，當(dāng)激振頻率與諧振頻率相等時(shí)，LC回路的阻回路的阻抗最大；由于渦流使得抗最大；由于渦流使得L、R變化時(shí)，諧振頻變化時(shí)，諧振頻率變化，等效阻抗變化。率變化，等效阻抗變化。振蕩器f0放大檢波濾波LRCUSC等效電阻109LCf21LC諧振頻率為：LC1等效阻抗：R-等效電阻，對(duì)靈敏度有影響；0-激勵(lì)頻率。CLjRLjRCjZ000011由于激勵(lì)頻率很高，故：由于激勵(lì)頻率很高，故：CLjRCLCLjRLjCjZ000000

24、11111020011RCRLRCLZCLjRCLZ001等效阻抗：LC1LC2120201RLRLRCLZ20201RLRCL11100ZIU0020200001RLRCLIZIU20001RLRCLI2022001RLRCLI失諧頻偏：線圈兩端電壓：200001RLRCLI2021RLRCLI112fZf0f1f2f3Z0Z1Z2Z3R0R1R2L1L2L3Q0Q1Q2Q3f0f1f2f3對(duì)非磁性材料，諧振頻率右移；對(duì)非磁性材料，諧振頻率右移；對(duì)磁性材料，諧振頻率左移。對(duì)磁性材料，諧振頻率左移。渦流增大方向渦流增大方向RCLZmaxLC1113Conclusions：當(dāng)當(dāng)f0 = f時(shí)，輸

25、出電壓最大時(shí)，輸出電壓最大;對(duì)非磁性體，渦流增大使得對(duì)非磁性體，渦流增大使得L1減小、減小、R1增增大、諧振頻率大、諧振頻率 增高增高;輸出電壓減小輸出電壓減小;諧振頻率、諧振曲線向高頻方向移動(dòng)諧振頻率、諧振曲線向高頻方向移動(dòng);輸出電壓輸出電壓U與渦流參數(shù)之間呈單調(diào)非線性關(guān)與渦流參數(shù)之間呈單調(diào)非線性關(guān)系系.最大輸出：CRLIU1100114115fUf0f1f2激勵(lì)頻率始終等于諧振頻率，輸出電壓幅值始激勵(lì)頻率始終等于諧振頻率，輸出電壓幅值始終為諧振曲線峰值。終為諧振曲線峰值。2、調(diào)頻測(cè)量電路、調(diào)頻測(cè)量電路-調(diào)頻鑒幅式調(diào)頻鑒幅式CLfo121CRLIU110116鑒頻器將振蕩的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓

26、輸出信號(hào)。鑒頻器將振蕩的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓輸出信號(hào)。調(diào)頻測(cè)量電路調(diào)頻測(cè)量電路-直接頻率輸出直接頻率輸出放大限幅鑒頻濾波XU117五五.應(yīng)用應(yīng)用電渦流傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、電渦流傳感器有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、非接觸測(cè)量非接觸測(cè)量等特點(diǎn)等特點(diǎn)轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速測(cè)量計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)測(cè)厚度測(cè)厚度探傷探傷測(cè)振動(dòng)測(cè)振動(dòng)測(cè)溫測(cè)溫測(cè)位移測(cè)位移118119 相對(duì)軸位移相對(duì)軸位移指的是軸向推力軸承和導(dǎo)向盤之間在軸向的距指的是軸向推力軸承和導(dǎo)向盤之間在軸向的距離變化。離變化。 軸向推力軸承用來(lái)承受機(jī)器中的軸向力，它要求在導(dǎo)向盤軸向推力軸承用來(lái)承受機(jī)器中的軸向力，它要求在導(dǎo)向盤和軸承之間有一定的間隙以便能夠形成承載油膜

27、。一般汽輪和軸承之間有一定的間隙以便能夠形成承載油膜。一般汽輪機(jī)在機(jī)在0.20.3mm之間，壓縮機(jī)組在之間，壓縮機(jī)組在0.40.6mm之間。如果小之間。如果小于這些間隙，軸承就會(huì)受到損壞，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器損壞；于這些間隙，軸承就會(huì)受到損壞，嚴(yán)重的導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器損壞；因此需要監(jiān)測(cè)軸的相對(duì)位移以測(cè)量軸向推力軸承的磨損情況。因此需要監(jiān)測(cè)軸的相對(duì)位移以測(cè)量軸向推力軸承的磨損情況。相對(duì)軸位移的測(cè)量相對(duì)軸位移的測(cè)量120121發(fā)射線圈發(fā)射線圈1 和接收線圈和接收線圈2分別放在被測(cè)材料分別放在被測(cè)材料G的上下的上下低頻低頻(音頻范圍音頻范圍)電壓電壓e1 加到線圈加到線圈1 的兩端后，在周圍空的兩端后，在周

28、圍空間產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，并在被測(cè)材料間產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，并在被測(cè)材料G中產(chǎn)生渦流中產(chǎn)生渦流 ，此渦流損，此渦流損耗了部分能量，使貫穿耗了部分能量，使貫穿2的磁力線減少，從而使的磁力線減少，從而使2產(chǎn)生的產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)感應(yīng)電勢(shì)e2 減小。減小。e2 的大小與的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)與理論證明，的厚度及材料性質(zhì)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)與理論證明，e2 隨材料厚度隨材料厚度h增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減小。增加按負(fù)指數(shù)規(guī)律減小。122123124本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)電感式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、性能電感式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)；特點(diǎn)；差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成、差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理

29、、結(jié)構(gòu)組成、性能特點(diǎn)；性能特點(diǎn)；電渦流式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及其電渦流式傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及其應(yīng)用；應(yīng)用；典型相敏測(cè)量電路。典型相敏測(cè)量電路。作業(yè)：作業(yè)：61、65125自感式自感式(變磁阻式變磁阻式)傳感器傳感器2022sNRNLm直線線性變面積式雙曲線非線性變隙式),(,)(,sfLfL互感式傳感器互感式傳感器ibaibiabaIMMjIMjIMjeeU2202121212102LrMULrUMMUbaxfrfZ,變隙式變隙式螺線管式螺線管式電渦流式電渦流式126交流電橋交流電橋0000022LULK1.靈敏度是單線圈式的兩倍靈敏度是單線圈式的兩倍2.線性度得到明顯改善線性度得到明顯改善變壓器式交流電橋變壓器式交流電橋ULLUZZU21210輸出指示無(wú)法判斷位移方向輸出指示無(wú)法判斷位移方向差動(dòng)整流電路差動(dòng)整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需考慮相位調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需考慮相位調(diào)整，消除了零點(diǎn)殘余電壓消除了零點(diǎn)殘余電壓相敏檢波電路相敏檢波電路輸出不僅反映了位移的大小而且反映了位輸出不僅反映了位移的大小而且反映了位移的方向移的方向調(diào)頻式電路調(diào)頻式電路調(diào)幅式電路調(diào)幅式電路127作業(yè)作業(yè) 習(xí)題習(xí)題 58，9 試證明圖試證明圖617所示差動(dòng)變壓器輸出為所示差動(dòng)變壓器輸出為V形特征。設(shè)（形特征。設(shè)（1）電感線圈銅損、）電感線圈銅損、鐵損及漏磁均忽略并在理想空載條件下求證。