实验1 位移测量实验

图 22.1,2 电涡流传感器等效电路图图 22.1.2电涡流传感器等效电路图实验三电涡流传感器位移测量实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体金属涡流片）组成，如图 22.1.1 所示。根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流 11（频率较高，一般为 1MHz〜2MHz）时，线圈周围空间会产生交变磁场 H1,当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流 12,而 I2 所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗 Z 发生变化。我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图 22.1.2 的等效电路。图中 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。根据等效电路可列出电路方程组氏 2“+J 班 2A=0*尽 A+j%A-丿曲 q通过解方程组，可得 11、12。因此传感器线圈的复阻抗为线圈的等效电感为：图 22.1.1电涡流传感器原理图输振落检测电出O、磁適量涓流被测•图 22—2 电涡流位移特性实验原理框图探头绒圄延'申电号前豈厂_F 厂丹厂二二 jLq—f扇+（扰 J线圈的等效 Q 值为QuQ 讥［1-（6〃肱）/（厶右）］/［1+（馬；用）/（R|N（）］}式中：Q0无涡流影响下线圈的 Q 值，Q0=3L1/R1；Z22产生电涡流部分的阻抗，Z22=R22+32L22。由式 Z、L 和式 Q 可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗 Z、电感 L 和品质因数 Q 值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离 x（H）的非线性函数。因此 Z、L、Q 均是 x 的非线性函数。虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。其实 Z、L、Q 的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则线圈 Z、L、Q 的变化只与距离 x ...