电涡流传感器的特性分析与标定方法.pdf

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1、电涡流传感器的特性分析与标定方法刘柱，李巍，金建新(华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室，湖北武汉430074)CharacteristicsAnalysisandCalibrationofEddyCurrentSensorLIuZhu，LIWei，JINJian—xin(StateKeyLabofDigitalManufacturingEquipmentandTechnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)摘要：结合

2、电涡流传感器的原理，分析了采用电须进行电涡流传感器的标定与校准。涡流传感器测量位移时传感器特性与被测体尺寸的1电涡流传感器测量位移的特性分析关系，研究了不同被测材料对电涡流传感器灵敏度的影响，提出了电涡流传感器的标定方法。1．1电涡流传感器位移测量原理关键词：电涡流传感器；被测材料；灵敏度；传感电涡流式传感器由传感器线圈和置于线圈端部器标定的金属导体组成，金属导体一般为被测对象。当传中图分类号：TP212．9感器线圈通以交流电时，线圈周围空间会产生交变文献标识码：A磁场。当金属导体靠近传感器线圈时，穿过导体的文章编号

3、：1001—2257(2013)02—0014—03磁通量随时间而变化，在导体表面感应生成电涡Abstract：Inthispaper，wefacilitatedthetheo—流。电涡流产生的磁通与传感器线圈的磁通方向相ryofeddycurrentsensortoanalysistherelation—反，由于反作用而抵消传感器线圈的部分磁场，从shipbetweencharacteristicsofeddycurrentsensor而导致传感器线圈的电感量L、阻抗z和品质因数andthedimensionsof

4、themeasuredmeta1．Fur—Q发生改变。因此，线圈参数是导体参数的函thermore，weproposedamethodforcalibratingthe数]。传感器线圈电感量、阻抗和品质因数的变eddycurrentsensorandresearchtheinfluenceof化量不仅与线圈的几何参数、电流频率以及线圈到measuredmetalonthesensitivityofeddycurrent被测导体间的距离-z有关，还与金属导体的几何尺SenSor．寸h、导电率以及磁导率有关。如果仅改变线

5、圈到Keywords：eddycurrentsensor；measuredmet—被测导体间的距离32，而其他参数保持不变，则电涡al；sensitivity；sensorcalibration流传感器即可构成位移测量传感器。在测量位移时，电涡流传感器由直流电源供电，其输出信号经过0引言处理后，由采集卡采集并传输给计算机进行显示与分析，如图1所示。电涡流传感器是一种性能优越的非接触式传感器，被广泛应用于在线位移测量_1]。由于电涡流传感器是利用被测金属导体和传感器之间的电涡流效应进行位移测量，因而线圈电感量、阻抗和品

6、质因数的变化量与金属导体的几何尺寸、导电率以及磁导率相关联，从而导致对于不同材料的金属被测体，其位移测量的灵敏度是有差异的。因此，为了保证测量结果的准确性，对于不同被测体的位移测量，必收稿日期：2012一l0—09图l电涡流传感器测量位移示意·14·《机械与电子32013(2)电涡流传感器的特性分析与标定方法1．2电涡流传感器特性与被测体尺寸的关系为金属导体的电阻和电感；M为线圈与金属导体的采用电涡流传感器测量时，传感器在被测金属互感系数；为线圈激励角频率。导体表面产生的电涡流会渗透到金属导体内部，一由式(2)可知，

7、各被测参数的变化，导致了线圈般定义电涡流强度减小到表面强度37时的渗透阻抗Z的变化。因此，金属导体的电阻率

8、0，磁导率深度为标准渗透厚度，用表示。在用电涡流传感，，线圈与金属导体的距离z以及线圈激励电流的器进行位移的测量时，要求电涡流传感器在被测金角频率叫等参数，都将通过涡流效应和磁效应与z属内部产生的涡流不会完全透射金属导体。由于被发生联系。或者说，Z是这些参数的函数，可写为：测金属导体在3倍标准渗透厚度3处的电涡流强Z一-厂(10，，z，co)(3)度为表面处电涡流强度的5，因此认为超过3厚当应用电涡流传感器进行

9、位移测量时，就是固度的金属导体，电涡流传感器不能穿透]。在这种定ID，和，从而使得z变成与z相关的单值函情况下，被测金属导体背面的电涡流强度很微弱，不数。而不同材质的被测金属导体，其fD，一般也不会对位移测量精度产生太大的影响。对于以电涡流同。根据式(2)可知，对于不同材料的金属导体，线传感器和金属被测体以空气为隔离介质的情况，渗圈受到金属导体