设计项目   电涡流式位移传感器的设计

一、 工作原理电涡流式传感器是利用电涡流效应，将位移、温度等非电量转换为阻抗的变化（或电感的变化，或Q值的变化）从而进行非电量电测的。合理地选用传感器的类型和性能指标。小位移多采用变间隙型；大位移（超过88mm）就要选用变面积型。变间隙型使用于被测表面面积较a大的金属体沿垂直 于其表面的法线方向上的位移，或直径较大的轴的径向振动测量。 把被测导体上形成的电涡流等效为一个环路，如下图所示： ri=0.525ras ra=1.39ras h=5000 其中： ┉导体电阻率， f…电流频率， r…相对导磁率短路环流可看作一匝短路线圈。电涡流式位移传感器的等效原理图如下： 根据基尔霍夫定律，可列出； R1 1+ ω 1-jωM 2= - 1+ 2+ 2=0 等效阻抗为： = + 则等效电感为： 1） 电感的计算 对于矩形截面的扁平圆线圈及短路环，电感可用下式计算 式中 L ——电感量（H）；N——匝数；D——线圈或短路环平均直径（cm）； d——为 ；e——为 ；c——线圈或短路环的径向厚度（cm）；b——线圈或短路环的宽度（cm）。 2） 导体短路环电阻的计算 式中 R2——短路环电阻（Ω）；h——电涡流贯穿深度（cm）； ——导体的电阻率（Ω cm）；ra——短路环的等效外径（cm）；ri——短路环的等效内径（cm）。 3） 根据线圈-导体系统的电磁作用，若考虑电涡流分布的不均匀性，可以得到导体中的电涡流强度为： 式中 I1——线圈激励电流；x——线圈到被测体的距离。 由上式可知，电涡流强度随 的增大而迅速减小，例如 =5时，I2=0.02I1。因此为能得到较强的涡流效应，应使 ＜1。可见线圈外径 与被测位移量x有密切关系。二、 变间隙型电涡流传感器结构设计变间隙型电涡流传感器进行位移测量的原理是基于传感器平面与被测金属表面之间间隙的变化会引起涡流密度的变化，从而导致传感器线圈的电感、阻抗或品质因数的变化。变间隙型电涡流传感器结构很简单，主要是由一个固定在框架上的扁平圆线圈组成。线圈是用多股漆包线或银线绕制而成，一般放在传感器的端部，线圈可绕在框架的槽内，也可以用粘结形（贴应变片用的即可）粘结在端部，结构型式见下图。 变间隙型传感器常采用一个线圈的单绕组式进行测量，也可以采用双线组式传感器。在用双线组式传感器时，信号发生器的信号供给主动绕组，测量线圈可以接到谐振回路中。并与主动绕组成感应耦合，由于使双绕组传感器的输入阻抗与输出线的参数相匹配，所以它可以放在离测量电路达100m处，而灵敏度并不下降。此外，由于在线路见选择了耦合系数，因此传感器可得到等于测量线圈半径0.8倍的线性段。测量线圈采用差动线路，可提高灵敏度及稳定性，并改善线性度。这时它