涡流检测电路的设计
涡流探伤仪设计方案. (2)
涡流探伤仪设计方案.涡流探伤仪是一种用于检测金属材料表面裂纹和缺陷的设备。
它利用涡流原理，通过产生和感应涡流来检测材料表面的变化。
下面是一个设计涡流探伤仪的方案。
1. 设计原理：涡流探伤仪主要包括两个主要部分：激励线圈和接收线圈。
激励线圈通过通电产生交变电磁场，而接收线圈用于接收由材料表面缺陷引起的涡流感应。
通过分析接收线圈中感应到的信号，可以确定材料表面是否存在缺陷。
2. 硬件设计：涡流探伤仪的硬件设计主要包括电源电路、激励线圈、接收线圈和信号处理电路。
电源电路提供所需的电能，激励线圈产生交变电磁场，接收线圈用于感应并接收信号，信号处理电路对接收到的信号进行放大和解析。
3. 激励线圈设计：激励线圈是涡流探伤仪中最重要的部分之一。
它应根据被测材料的大小和形状进行设计。
激励线圈通常采用多匝线圈，可以根据需要进行调节和控制。
4. 接收线圈设计：接收线圈应该与激励线圈相对称放置，以便更好地感应到材料表面的涡流信号。
接收线圈通常采用细线制成，以提高感应灵敏度。
5. 信号处理电路设计：接收到的信号通常需要进行放大和滤波处理，以便进一步分析和识别。
信号处理电路应设计成能够满足这些需要的功能。
6. 控制模块设计：涡流探伤仪通常还需要一个控制模块来控制和显示检测结果。
控制模块应能够根据实际需求选择合适的参数，并将结果显示在监测器上。
7. 安全设计：涡流探伤仪的安全设计非常重要。
应采取必要的措施，以确保操作者和设备的安全。
例如，在通电前应进行安全检查，并配备过载保护装置。
总之，设计涡流探伤仪需要考虑到电路设计、线圈设计、信号处理、控制以及安全等方面的要求。
根据具体应用需求，可以进行相应的优化和改进。
(完整word版)涡流检测的技术
目录涡流检测技术及进展 (2)涡流检测自然裂纹与信号处理 (5)压力容器列管涡流检测技术的研究 (9)金属锈蚀的涡流检测 (11)涡流检测技术及进展1 引言涡流检测是建立在电磁感应原理基础上的无损检测方法。
如图1，已知法拉第电磁感应定律，在检测线圈上接通交流电，产生垂直于工件的交变磁场。
检测线圈靠近被检工件时，该工件表面感应出涡流同时产生与原磁场方向相反的磁场，部分抵消原磁场，导致检测线圈电阻和电感变化。
若金属工件存在缺陷，将改变涡流场的强度及分布，使线圈阻抗发生变化，检测该变化可判断有无缺陷。
随着微电子学和计算机技术的发展及各种信号处理技术的采用，涡流检测换能器、涡流检测信号处理技术及涡流检测仪器等方面出现长足发展。
2 涡流检测的信号处理技术提高检测信号的信噪比和抗干扰能力，实现信号的识别、分析和诊断，以得出最佳的信号特征和检测结果。
2.1 信号特征量提取常用的特征量提取方法有傅里叶描述法、主分量分析法和小波变换法。
傅里叶描述法是提取特征值的常用方法。
其优点是，不受探头速度影响，且可由该描述法重构阻抗图，采样点数目越多，重构曲线更逼近原曲线。
但该方法只对曲线形状敏感，对涡流检测仪的零点和增益不敏感，且不随曲线旋转、平移、尺寸变换及起始点选择变化而变化。
用测试信号自相关矩阵的本征值和本征矢量来描绘信号特征的方法称为主分量分析法，该方法对于相似缺陷的分辨力较强。
小波变换是一种先进的信号时频分析方法。
将小波变换中多分辨分析应用到涡流检测信号分析中，对不同小波系数处理后，再重构。
这种经小波变换处理后的信号，其信噪比会得到很大的提高。
2.2 信号分析(1) 人工神经网络人工神经网络的输入矢量是信号的特征参量，对信号特征参量的正确选择与提取是采用神经网络智能判别成功的关键。
组合神经网络模型，采用分级判别法使网络输入变量维数由N2 降到N，网络结构大为简化，训练速度很快，具有较高的缺陷识别率和实用价值。
神经网络可实现缺陷分类，具有识别准确度高的优点，对不完全、不够清晰的数据同样有效。
涡流探伤仪设计方案word参考模板
涡流探伤仪初步设计方案一、概述1.1、涡流检测原理涡流检测就是运用电磁感应原理，将正弦波电流激励探头线圈，当探头接近金属表面时，线圈周围的交变磁场在金属表面产生感应电流。
对于平板金属，感应电流的流向是以线圈同心的圆形，形似旋涡，称为涡流。
同时涡流也产生相同频率的磁场，其方向与线圈磁场方向相反。
涡流通道的损耗电阻，以及涡流产生的反磁通，又反射到探头线圈，改变了线圈的电流大小及相位，即改变了线圈的阻抗。
因此，探头在金属表面移动，遇到缺陷或材质、尺寸等变化时，使得涡流磁场对线圈的反作用不同，引起线圈阻抗变化，通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别金属表面有无缺陷或其它物理性质变化1.2、涡流检测仪的基本组成涡流检测系统通常分为三个部分：激励信号发生单元、磁场测量单元和信号采集单元，不同的涡流检测仪又依据对探头的输出信号分析方法处理方式不同，大致分为相位分析发、频率分析法和幅度分析法三种。
本方案选择了频率分析法，系统组成图1所示：图1二、部件详述2.1、信号发生器信号源作为现代电子产品设计和生产中的重要工具,必须满足高精度、高速度、高分辨率等要求。
涡流检测中激励信号的稳定性对整个检测系统的有效工作起着十分关键的作用，信号不稳定会使后续处理十分困难，甚至直接影响检测的结果。
本方案基于 DDS ( Direct Digital Synthesis ,直接数字频率合成)技术，采用AD9850 DDS芯片，采用AT89C52单片机作为控制芯片，实现了信号发生器的设计。
2.1.1AD9850芯片AD9850是美国AD公司推出的基于DDS技术的高集成度频率合成器，它工作的最高时钟为125MHZ，包含40 bit频率/相位控制字，其中32bit用于频率控制，5bit用于相位控制，1bit用于掉电控制，2bit厂方保留工作方式选择位。
其工作原理图2所示：AD9850 在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出[23]。
涡流检测优质获奖课件
电导率是物体传导电流旳能力。 电导旳基本单位是西门子（S），原来被称为姆欧，取电阻单位欧姆倒数之意。因为电导池旳几何形状影响电导率值，所以原则旳测量中用单位S/m来表达电导率，以补偿多种电极尺寸造成旳差别。
涡流检测旳应用
检测目旳
影响涡流特征旳原因
用 途
探 伤
缺陷Байду номын сангаас形状、尺寸和位置
导电旳管、棒、线材及零部件旳缺陷检测
材质分选
电导率
材料分选和非磁性材料电导率旳测定
测 厚
检测距离和薄板长度
覆膜和薄板厚度旳测量
尺寸检测
工件旳尺寸和形状
工件尺寸和形状旳控制
物理量测量
工件与检测线圈之间旳距离
1、阻抗平面图
若次级线圈旳 ，则有
K——耦合系数
在 从 旳过程中，视在阻抗Z以视在电阻R为横坐标，视在电抗X为纵坐标旳阻抗平面图上变化，其轨迹近似为一种半圆，此即初级线圈旳阻抗平面图。
这么，就用一种恒定旳磁场和变化着旳磁导率替代了实际上变化着旳磁场和恒定旳磁导率，这个变化着旳磁导率便称为有效磁导率，用μeff表达，同步推导出它旳体现式为
利用柱坐标求解涉及在圆、球与圆柱内旳势场旳物理问题时出现旳一类特殊函数。
2） 特征频率 定义使有效磁导率体现式中贝塞尔函数变量 旳模为1旳频率为涡流检测旳特征频率。体现式为
电阻
电抗
空载阻抗
视在电抗
视在电阻
电容和电感在电路中对交流电引起旳阻碍作用总称为电抗，用X表达。 类似于直流电路中电阻对电流旳阻碍作用，在交流电路（如串联RLC电路）中，电容及电感也会对电流起阻碍作用，称作电抗，其计量单位也叫做欧姆。在交流电路分析中，电抗用 X 表达，是复数阻抗旳虚数部分，用于表达电感及电容对电流旳阻碍作用。电抗伴随交流电路频率而变化，并引起电路电流与电压旳相位变化。 阻抗即电阻与电抗旳总合，用数学形式表达为： Z :阻抗，单位为欧姆 R :电阻，单位为欧姆 X :电抗，单位为欧姆 j 是虚数单位
2024年《涡流检测技术》课件
2024年《涡流检测技术》课件一、教学内容本节课我们将学习《涡流检测技术》教材第四章“涡流检测的物理基础”部分，详细内容涉及涡流的产生机理、涡流检测的传感器设计原理以及涡流检测技术在工业中的应用。
二、教学目标1. 让学生理解涡流的产生机理，掌握涡流检测的基本原理。
2. 使学生了解涡流检测传感器的设计原理，并能进行简单的传感器选型。
3. 培养学生运用涡流检测技术解决实际问题的能力。
三、教学难点与重点教学难点：涡流检测传感器的设计原理及其在实际应用中的选型。
教学重点：涡流的产生机理、涡流检测技术的应用。
四、教具与学具准备1. 教具：涡流检测实验设备一套，涡流检测传感器若干。
2. 学具：教材，《涡流检测技术》第四章内容，笔记本，文具。
五、教学过程1. 实践情景引入（10分钟）：通过展示涡流检测技术在工业中的应用案例，激发学生学习兴趣。
2. 理论讲解（20分钟）：讲解涡流的产生机理，涡流检测的物理基础。
3. 例题讲解（20分钟）：讲解涡流检测传感器设计原理，进行传感器选型分析。
4. 随堂练习（15分钟）：让学生针对实际问题，设计涡流检测方案。
5. 课堂讨论（15分钟）：讨论学生在设计过程中遇到的问题，共同解决问题。
六、板书设计1. 涡流的产生机理2. 涡流检测的物理基础3. 涡流检测传感器设计原理4. 涡流检测技术在实际应用中的选型七、作业设计1. 作业题目：设计一个涡流检测方案，用于检测某金属部件的裂纹。
2. 答案要点：涡流传感器选型，检测方案步骤，预期检测结果。
八、课后反思及拓展延伸本节课学生掌握了涡流检测的基本原理和传感器设计原理，但实际操作能力有待提高。
课后可布置相关实践作业，让学生进一步巩固所学知识。
拓展延伸部分，可引导学生了解其他无损检测技术，如超声波检测、射线检测等，以便于学生形成完整的知识体系。
重点和难点解析1. 涡流检测传感器设计原理及其在实际应用中的选型。
2. 涡流检测技术在工业中的应用案例分析。
电涡流传感器电路设计
电涡流传感器电路设计作者：汪晓凌杜嘉文来源：《硅谷》2013年第01期摘要：在无损测量当中，电涡流传感器测量因为能够实现工件在线非接触测量，测量精度高、无污染、制作价格低廉等优点，一直被作为一种重要的检测设备，在涡流技术高速发展的今天，电涡流的优势越来越明显应用也越来越广泛。
电涡流传感器是电涡流测量淬火层厚度的核心部分，传感器的测量精度直接影响整个测厚设备的精度，传统的电涡流传感器包括测量探头、整流滤波电路的设计、放大器的设计等，电涡流传感器的精确测量也离不开位移测厚标定器，这里主要研究电涡流测厚核心电路的设计。
关键词：无损测量；电涡流；测厚；电路0 引言电涡流无损检测具有很悠久的历史，从Michael Faradays总结出电磁感应定律，即变化的磁场能产生电场以来，电磁感应相关技术取得了巨大的发展。
后来Foster提出的通过分析系统的阻抗变化来分析涡流检测仪的干扰因素，为涡流检测提供了很好的理论依据，大大推动了电涡流无损检测技术的发展。
通过对阻抗分析法的有效运用，电涡流测量技术已经渗透到我们工业测量的方方面面，包括了航空航天、核工业、机械、冶金、石油、化工、机械、汽车等部门，电涡流无损技术的快速发展，相关研究和运用也越来越广泛，其中传感器的电路设计和测量精度的控制都是研究的焦点。
1 涡流检测原理图涡流检测是无损检测的一个分支，是运用电磁感应原理，将一半径为r的线圈通过正弦波电流后，线圈周围就会产生一交变磁场H1；若在距线圈x处有一电导率为a，磁导率为u厚度为d的金属板，线圈周围的交变磁场会在金属表面产生感应电流，也称作涡流。
金属表面也产生一个与原磁场方向相反的相同的相同频率的磁场H2，反射到探头线圈，导致载流线圈的阻抗和电感的变化，改变了线圈的电流大小及相位，原理图如图1所示。
图1 电涡流测厚原理图2 测厚探头的设计图2 电涡流测量电路整体设计图电涡流测量电路的整体测量电路设计图如图2所示，涡流探头测量物体厚度后引起阻抗的变化，通过电桥电路转化成电流信号输出，也由于信号很微弱，需要经过放大器进行功率放大输出，经过整波电路，把交流信号转化为直流信号，然后把那些高频的还有低频的号过滤掉，得到干扰较小的电流信号，经过放大器尽心比例放大后接入ARM7的A/D转换接口，把模拟信号转化为数字信号，对信号进行控制然后接入数字示波器，观察波形输出，把结果通过PC 机显示出来[1]。
涡流检测
电导率
磁导率
测量金属试件的电磁参数； 金属热处理状态的鉴别； 金属材料的分选；
金属材料成分含量、杂质含量的 鉴别。
提离效应、厚度效 应、充填效应等
金属试件上涂、镀等膜层测量； 板材测厚； 位移、振动测量； 液面位置、压力等的监控； 试件尺寸、形状测量等。
1 1 f
2
渗透深度 与频率 f 的平方根成反比。
涡流检测的试验基础
将两个线圈固定在一起。在线圈Ⅰ上输 入交流电流，在线圈Ⅱ上接一个电压表， 同时把这两个线圈放在金属块上面。
线圈Ⅰ将激励出一个交变磁场。如果 线圈Ⅰ、线圈Ⅱ和金属块靠的很近，以 至于线圈Ⅰ所激励的磁场对线圈Ⅱ和金
属块都有感应，那么在金属块中就会产
阻抗，即线圈空载阻抗，X1L1 为空载的 感抗。
Z 2 2 R 2 jL 2 R 2 j2 X 表示涡流环的自阻
抗，X2L2为涡流环的感抗。
Z 12 jX MjM 表示检测线圈与涡流环的
耦合阻抗，XMM称为耦合电抗。
➢反射阻抗与视在阻抗
反射阻抗： Z1' 1R' jX'
表示被测导体上的涡流场对检测线圈 的影响。
电压表读数随线圈与金属块之间 距离的变化而改变的现象，在涡流 检测中我们称为“提离”效应。应 用这个效应，我们就可以用涡流检 测法来测定金属材料表面上的绝缘 层的厚度。
涡流探伤法主要是用于检查金属表 面或近表面上的裂纹等缺陷。由于被 检零件一旦发生了裂纹等缺陷，那么 在零件的缺陷处不仅导电率或磁导率 发生了变化，而且零件的尺寸也发生 了相应的变化。所以涡流探伤法既应 用了导电率或导磁率效应，也应用了 尺寸效应。
第三节 涡流阻抗分析法
涡流测量电路
终输出的直流电压Uo反映了金属体对电涡流线圈的影响（例如 两者之间的距离等参数）。
a
14
部分常用材料对振荡器振幅的衰减系数
人的手、泥土或装满水的玻璃杯能
对振荡器的振幅产生明显的衰减吗？为什
么？
a
15
(二)调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
当电涡流线圈与被测体的距离x 改变时， 电涡流线圈的电感量L 也随之改变，引起LC 振荡器的输出频率变化，此频率可直接用计算 机测量。如果要用模拟仪表进行显示或记录时， 必须使用鉴频器，将f转a 换为电压Uo 。 16
a
6
R1
M
·
·
I1
U1
L1
R2
·
I2
L2
其等效电路如上图所示，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。
线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互 感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的 变化而改变的。
并联谐振回路的谐振频率
f 1
2 LC0
4-3
设电涡流线圈的电感量
L=0.8mH，微调电容C0=200pF，求 振荡器的频率f 。
a
17
交变磁场
电涡流探头外形
a
18
电涡流探头内部结构
1—电涡流线圈 2—探头壳体 3—壳体上的位置调节螺纹 4—印制线路板 5—夹持螺母 6—电源指示灯
7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
a
19
4.3.3 典型应用
电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、 化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、 水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、 大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴 向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及 转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测 量和保护。
涡流检测
4.涡流测厚
(1）覆层厚度测定
绝缘材料/非磁性金属材料：铝合金表面阳极氧化膜、涂层 顺（抗）磁性材料/顺磁性材料：顺磁性材料表面Cu、Cr、
Zn镀层、奥氏体不锈钢表面渗氮层
涡流测厚
绝缘或顺磁性材料/铁磁性材料：钢表面涂层、镀铬层
第四节 涡流检测方法
一、涡流检测一般步骤 1、检测前的准备
根据试件的性质、形状、尺寸及欲检出缺陷种类和大小选 择检测方法及设备。对小直径、大批量焊管或棒材的表面探 伤，一般选用配有穿过式自比线圈的自动探伤设备。 1）对被检工件进行预处理，除去表面污物及吸附的铁屑等； 2）确定检测方法； 3）根据相应的技术条件或标准来制备对比试样； 4）调整传送装置，使试件通过线圈时无偏心、无摆动。
检测线圈、检测电流的仪 器和被检的金属工件。
裂纹走向与涡流平行，难 于检测，须从多个方向进行 检测。
9
四、涡流的趋肤效应和渗透深度
1.趋肤效应 感应出的涡流集中在靠
近激励线圈的材料表面附 近的现象。涡流密度随着 距离表面的距离增加而减 小。
2.渗透深度
趋肤效应的存在，使交变电流激励磁场的强度及感生涡流 的密度，从被检材料的表面到其内部按指数分布规律递减。 将涡流密度衰减为其表面密度的1/e时对应的深度定义为渗 透深度h：
金属的电导率值受其纯度的影响，杂质含量增加电导率就 会降低。
简单、方便、高效的优点。
2．热处理状态的鉴别
由于相同的材料经过不同的热处理后不仅硬度不同，而且 电导率也不同，因而可以用测量电导率的方法来间接评定 合金的热处理状态、硬度、强度。
3．混料分选
如果混杂材料或零部件的电导率的分布带不相互重合，就 可以利用涡流法先测出混料的电导率，再与已知牌号或状 态的材料和零部件的电导率相比较，从而将混料区分开。
新型电涡流传感器测量电路设计分析
新型电涡流传感器测量电路设计分析摘要：在新型电涡流传感器测量电路设计上，应该分析多点技术内容，例如基于传统接触式测量技术在实际应用中的缺陷，即可建立一种全新的测量电路实验平台，分析其设计技术方法，并对电路设计实验结果进行了阐述。
关键词：新型电涡流传感器；测量电路设计；实验平台；设计方法；实验结果工程检验施工中需要对多种物理量检测数据进行分析，最终归结转化获得机械位移量，如此对监控提高检测仪器性能是很有帮助的。
例如针对新型电涡流传感器的测量电路设计分析需要提高测量灵敏度与准确度，优化测量电路设计动态范围，要结合传感器测量电路的稳定运行性能与运行恶劣环境进行分析。
1.新型电涡流传感器的工作原理分析新型电涡流传感器的基本构成包括了延伸电缆、探头线圈、信号处理模块以及被测体四大部分。
在设备运行过程中，需要分析交变磁场变化，对其有效运行范围进行分析，了解被测体靠近过程中磁场能量的损失变化。
此时被测体中会产生电涡流产生交变磁场，其中磁场反作用可确保线圈电流大小与相位变化，分析线圈阻抗变化情况，并对新型电涡流传感器的涡流场反作用问题进行分析，如图1[1]。
图1新型电涡流传感器的基本构成结构示意图如图1，在线圈阻抗变化过程中，需要分析被测体电导率、线圈几何参数、线圈被测体之间的相互控制距离进行分析，深入了解被测体的电阻率、磁导率以及厚度变化情况。
如此可建立高频放射式测距涡流传感器，并对低频透射测厚涡流传感器内容进行分析，提出相关技术解决方案。
简言之，它所建立的是围绕被测体、输入电流、线圈、磁场能量耦合、电涡流所共同构建的新型电涡流传感器系统技术体系[2]。
1.新型电涡流传感器测量电路的设计流程与设计方法1.设计流程1建立布线图在新型电涡流传感器测量电路设计流程中，需要首先采用印制板并设计电源线与地线，它可为电路正常工作提供不竭电源动力，同时配置导线内容，建立影响电路板电磁兼容的导线部分。
在设计过程中，需要对地线组合所形成的电容部分进行分析，建立地线电路基准，确保多个电路都能提供0V参考电压，分析朱电磁干扰情况，结合底线对PCB到点面积分布均匀性进行分析，建立新型电涡流传感器测量电路机制，避免出现串扰问题。
涡流检测电路的设计【文献综述】
文献综述电子信息工程涡流检测电路的设计前沿电涡流传感器有着诸多优点，这让它成为了科学研究和工业生产中广泛使用的非接触无损检测仪器[1]。
当金属导体处于交变磁场中时，导体表面就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，像水中漩涡那样在导体内旋状，所以称之为电涡流或者涡流。
电涡流的产生必然要消耗一部份能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象就称为涡流效应。
根据此涡流效应而制成的传感器，我们就称之为电涡流传感器[2]。
由于对被测材料的敏感，电涡流传感器的广泛应用一直受到制约。
为了消除传感器对被测材料的敏感性，可以采用新的变换电路原理。
本文对电涡流传感器的建模和涡流特性进行了三维有限元仿真分析，同时电涡流传感器设计了新型的测量电路，并对该测量电路进行了仿真、优化和实验。
主题一、电涡流传感器发展历程及应用在一般的工程实际中，涡流检测包括测量和检测。
对一些物理量，诸如距离、速度、加速度、转速等进行测量，对材料的化学成分和力学、电磁性能进行评估，对设备表面和内部线缺陷裂纹实施在线检测、分类和重构。
随着涡流检测技术更深入广泛地应用，实际工程问题对涡流检测技术提出了更高的要求，成为推动涡流问题研究向更复杂更具体方向发展的源动力。
目前关于电涡流传感器的研究主要集中在非磁性被测体方面，关于磁性被测体的研究较少。
早在1998年，英国universityofDerby的Tian等人就研究了电涡流传感器的输出与被测体的电磁特性之间的定性关系，他在论文中指出，对于非铁磁性被测体，其电阻率对输出的影响较大，而对于铁磁性被测体，其相对磁导率和电阻率都会对输出产生影响。
国内外很多文献也都指出了传感器输出对被测体电磁特性的敏感问题，并开展了相应的研究，但至今尚未发现改善这一缺陷的有效方法和思路。
二、电涡流传感器技术国内外研究现状线圈的磁场分布直接影响传感器的性能，而线圈磁场分布又与探头结构和及其几何参数紧密相关。
因此目前国内外关于电涡流传感器性能影响参数的研究主要集中在对线圈及其几何参数的研究。
新型电涡流传感器测量电路设计
新型电涡流传感器测量电路设计电涡流传感器是一种能够将金属中的涡流效应转换为电信号的传感器，广泛应用于工业领域的位移、速度和金属表面缺陷等测量。
而新型电涡流传感器测量电路设计则是针对传感器测量信号处理的核心部分，其设计的好坏直接关系到传感器测量精度和稳定性。
这篇文章将从深度和广度的角度，全面评估新型电涡流传感器测量电路设计的关键要素，并探讨其在工业应用中的重要性。
1. 传感器原理及特点在进行新型电涡流传感器测量电路设计之前，首先需要了解传感器的工作原理和特点。
电涡流传感器利用涡流效应来检测金属表面的缺陷或测量金属零件的尺寸、形状等参数。
其工作原理是当金属表面被感应线圈的交变磁场影响时，会在金属内部产生涡流，并产生一个感应电动势，感应线圈测量出这个电动势，从而实现对金属的测量。
而新型电涡流传感器相比传统传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更广的测量范围。
2. 传感器测量电路设计要求在进行新型电涡流传感器测量电路设计时，需要考虑的关键要素包括信号放大、滤波、AD转换、数字信号处理等。
对于传感器的微弱信号，需要进行有效的放大处理，以提高信噪比和测量灵敏度；由于传感器信号可能存在噪声等干扰，需要设计合适的滤波电路来滤除杂散干扰，保证信号质量；另外，为了实现对信号的数字化处理和后续数据处理，还需要进行AD转换和数字信号处理的设计；对于工业现场的使用，还需要考虑电涡流传感器测量电路的稳定性和抗干扰能力。
3. 设计方案及优化在新型电涡流传感器测量电路设计中，可以采用多种电路设计方案来实现对传感器信号的高精度采集和处理。
常见的方案包括差动放大电路、滤波电路、高速AD转换电路等。
对于特定应用场景，可以根据实际需求选取合适的电路方案，并通过仿真、实验等手段对电路进行优化。
在差动放大电路中，可以采用低噪声、低偏置电流的运算放大器来实现微弱信号的放大，提高测量精度；在滤波电路中，可以采用低通滤波器来滤除高频噪声，保证信号的准确性。
电涡流传感器的测量电路
振动幅度。该电路的关键是提高振荡器的频率稳定度，通常可以从环境温度
变化、电缆电容变化和负载影响三方面来考虑。另外提高谐振回路元件本身
的稳定性也是提高频率稳定度的一个重要措施。因此，传感器线圈L可采用
热绕工艺绕制在低膨胀系数材料的骨架上，并配以高稳定性的云母电容或具
有适当负温度系数的电容作为谐振电容C。
1
线圈
H1
I1
H2 被测导体
H I2
R1
M
R2
I1
I2
u
L1
L2
~
线圈系统
金属导体
图14.1 电涡流传感器原理图
图14.1 电涡流传感器等效电路图
变化完全取决于被测金属导体的电涡流效应。而电涡流效应既与被测导体
的电阻率ρ、磁导率以及几何形状有关，又与线圈几何参数、励磁电流频率 有关，还与线圈与被测金属导体的距离x有关。故电涡流传感器的线圈受电 涡流影响时的等效阻抗Z可用Z=F（ρ，，r，f，x）表示其函数关系，其中r 为传感器线圈与被测导体的民族尺寸因子。
如果保持上式中其它参数不变，只改变其中的一个参数，则传感器线圈 的等效阻抗Z就成了此参数的单值函数。通过与此相配套的测量电路测出其 等效阻抗Z的变化量就实现了对该参数的测量，这就是电涡流式传感器工作 的基本原理。
2
3.电涡流传感器的性能特点
电涡流式传感器不仅具有很高的灵敏度、良好的线性度和极强的抗干扰能 力、而且测量范围大、不易受油污等介质的影响，还具有结构简单、安装方 便，并能实现不接触测量等诸多优点。因此，它不仅在位移、振幅、厚度、 表面温度、流体压力、钢水的液位和转速等物理量的检测中得到了越来越广 泛的应用。而且在金属探伤检测、远距离监控、动力系统的故障诊断等许多 领域都得到了应用。
电涡流传感器测量电路的设计与仿真
值。
感器 组成 的 谐振 回路 的谐 振频 率 影 响 ， 振频 率 决定 电涡流检 测 的灵 敏 点 ， 谐 因此 激励 源 信号 频率 应该 在 谐振 频率 的 附近 。 本 文 中的石 英 晶体 振荡 器产 生 一个 正 弦波 ， 作为 Ｌ 谐 振 回路 的恒 流源 。 ｃ 该 电路包 括 方波 发生 器 、巴特沃 思 低通 滤波 器 、增益 环节 和 ｕ ｉ ／ 转换 部 分组 成 ，如 图 ２所示 。 有源 晶 振构成 ～个 最简 单 且振 荡频 率稳 定 的方波 振 荡器 ， 里使 用 ＩＨ 这 Ｍｚ
一
电 涡流 传 感 器 的基 本 原 理 和 结构 电涡流 传 感器 的 工作 原 理 图如 图 １所示 。由法 拉第 电磁感 应 定 律 ，当
、
传感 器 线 圈通 正 弦交 变 电流 ｉ １时 ，线 圈周 围产生 正 弦 交变 磁 场 Ｈ１ ，而 处 于该 磁 场 中 的金 属导 体 中感 应 出电 涡流 ｉ 产 生新 的交 变磁 场 Ｈ ， ２，ｉ ２又 ２ 由楞 次 定律 可 知 ，Ｈ 的作 用 与 Ｈ ２ １相 反 ，相 互 抵 消 ，从 而 引起 传 感 器 的 等效 阻抗 、等 效 电感 和 品质 因 数 发生 变化 ，线 圈阻 抗 的变 化完 全 取 决于 金 属导 体 的 电涡流 效应 ， 电涡流 效 应与 线 圈 到金 属 导体 之 间 的距 离 Ｘ的变 化 量有 关 ，从 而 将位 移 量 转化 为 电量 。 由于 ｉ 金 属 导体 的 纵 向分 布 并 不 ２在 均匀 ，大 部 分 集 中在 金 属 的 表 面 ， 从 而 形 成 集 肤 效 应 。在 实 际 应 用 中 ， 可以通 过 采用 低 频激 励源 使 电 涡流 深入 到 导 体 内部 ，降低 集 肤 效应 。电 涡 流传 感 器 的灵 敏度 和 线性 范 围 与磁 感应 强 度和 分 布 范 围有 关 ，线性 范 围 的 大 小 与磁 场 沿 径 向分 布 的范 围 成正 比 ，灵 敏度 与 磁 场 轴 向梯 度 成 正 比 。
电涡流传感器电路设计
ｄ 的 金 属 板 ， 线 圈 周 围 的 交 变 磁 场 会 在 金 属 表 面 产 生 感 应 电 流 ， 也 称 作 涡 流 。 金 属 表 面 也 产 生 一 个 与 原 磁 场 方 向相 反 的 相 同 的 相 同频 率 的 磁 场 Ｈ ２ ， 反 射 到 探 头 线 圈 ， 导 致 载 流 线 圈 的 阻 抗 和 电感 的变 化 ， 改 所 示。
０引 育
电涡 流 无 损 检 测 具 有 很 悠 久 的 历 史 ， 从Ｍ ｉ ｃ ｈ ａ ｅ １ Ｆ ａ ｒ ａ ｄ ａ ｙ ｓ
那 些高频的还有低 频的号过滤掉 ，得到干扰较小 的电流信号 ， 经 过 放 大 器 尽 心 比例 放 大 后 接 入 Ａ Ｒ Ｍ ７ 的Ａ ／ Ｄ 转 换 接 口 ， 把 模 拟
信 号 转 化 为 数 字 信 号 ， 对 信 号 进 行 控 制 然 后 接 入 数 字 示波 器 ， 观 察 波 形 输 出 ，把 结 果 通 过Ｐ Ｃ 机 显 示 出来 ［ １ ］ 。 传 统 的 电 涡 流 传 感 器 的 测 量 电 路 主 要 是 通 过 电桥 法 组 成 的 ， 电桥 法 是 将 传 感 器 线 圈 的 阻抗 变 化 转 化 为 电压 或 电流 的 变 化 ， 图３ 是 电桥 电路 的原 理 图 ， 线 圈Ａ Ｎ Ｄ 线 圈Ｂ 为传 感 器 线 圈 ， 线 圈Ａ 为 阻抗 可 调 线 圈 ， 线 圈Ｂ 为 测 量 线 圈 ，传 感 器 原 线 圈 的 阻抗 值 等 于 线 圈Ａ 设 定 的 阻抗 值 ， 当线 圈Ｂ 接 近 被 测 钢 件 时 ， 线 圈Ｂ 的 阻 抗 值 发 生 变 化 ，使 电桥 两 边 失 去 平 衡 ， 电 桥 的 不 平 衡 会 使 电 阻 两 边 产 生 不 均 衡 信 号 通 过 放 大 器 放 大 后 进 行检 波 输 出就 可 以 得 到 和 被 测 量 成 正 比 的输 出信 号 ，通 过 一 定 的 方 法 进 行 线 性 拟 合 就 可 以得 到 输 出 信 号 和 钢 件 淬 火 层 厚 度 之 间 的 关 系 ，其 中线 圈Ａ 和线圈Ｂ 都 可 以 通 过 漆 包 线 和 绝 缘 套 管绕 制 而 成 ， 线 圈 的 阻 抗 大 小 由线 圈 的 匝 数 决 定 ， 同 时 线 圈 的 匝 数 和 绝 缘 套 管 的 内径 和 外 径 大 小一 起 决 定 了探 头 能 后测 量 的 范 围大 小 。 经 过 实 验 分 析 可 知 ，线 圈 厚度 越 厚 ，涡 流 损 耗 越 小 ，传 感 器 的 的 测 量 精 度 也越 差 ： 线 圈 外径 越 大 ，涡 流 损 耗 越 小 ，传 感 器 的测 量 精 度 也 越 差，相反若 只是改变传感器线 圈的 内径对传感器 的测量精度 影 响 不 大 。 电 涡流 效 应 主 要 集 中在 待 测 物 体 表 面 ，所 以表 面 的 平滑 程度对测量 的精度也有很大影 响。 （ 新 型 电涡 流 测量 电路
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文献综述
电子信息工程
涡流检测电路的设计
前沿
电涡流传感器有着诸多优点，这让它成为了科学研究和工业生产中广泛使用的非接触无损检测仪器。
当金属导体处于交变磁场中时，导体表面就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，像水中漩涡那样在导体内旋状，所以称之为电涡流或者涡流。
电涡流的产生必然要消耗一部份能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象就称为涡流效应。
根据此涡流效应而制成的传感器，我们就称之为电涡流传感器。
由于对被测材料的敏感，电涡流传感器的广泛应用一直受到制约。
为了消除传感器对被测材料的敏感性，可以采用新的变换电路原理。
本文对电涡流传感器的建模和涡流特性进行了三维有限元仿真分析，同时电涡流传感器设计了新型的测量电路，并对该测量电路进行了仿真、优化和实验。
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主题
一、电涡流传感器发展历程及应用
在一般的工程实际中，涡流检测包括测量和检测。
对一些物理量，诸如距离、速度、加速度、转速等进行测量，对材料的化学成分和力学、电磁性能进行评估，对设备表面和内部线缺陷裂纹实施在线检测、分类和重构。
随着涡流检测技术更深入广泛地应用，实际工程问题对涡流检测技术提出了更高的要求，成为推动涡流问题研究向更复杂更具体方向发展的源动力。
目前关于电涡流传感器的研究主要集中在非磁性被测体方面，关于磁性被测体的研究较少。
早在1998年，英国universityofDerby的Tian等人就研究了电涡流传感器的输出与被测体的电磁特性之间的定性关系，他在论文中指出，对于非铁磁性被测体，其电阻率对输出的影响较大，而对于铁磁性被测体，其相
对磁导率和电阻率都会对输出产生影响。
国内外很多文献也都指出了传感器输出对被测体电磁特性的敏感问题，并开展了相应的研究，但至今尚未发现改善这一缺陷的有效方法和思路。
二、电涡流传感器技术国内外研究现状
线圈的磁场分布直接影响传感器的性能，而线圈磁场分布又与探头结构和及其几何参数紧密相关。
因此目前国内外关于电涡流传感器性能影响参数的研究主要集中在对线圈及其几何参数的研究。
比如Garcia和Fava分别提出了一种计算任意形状线圈生成的磁场分布的方法。
Theodoulidis提出了在具有矩形截面的矩形柱线圈作用下，位于其正下方的半无限大导体中的涡流分布闭合表达式。
Fava等人通过二阶矢量势方法得到了矩形螺旋线圈产生的电磁场的解析表达式。
sabbag和Buvat提出用体积积分法模拟含磁芯的传感器的工作状况来解决铁氧体磁芯引入后代来的空心圆柱线圈数学模型不再适用的问题;Burke利用半经验模型预测含磁芯的传感器线圈阻抗，并利用汉克转换计算线圈阻抗值。
国内对这方面的研究较少，主要是通过电涡流传感器对称轴上任意点的磁场强度与线圈几何参数的关系来反映电涡流传感器的性能。
目前传统的电涡流传感器处理电路一般都通过提取阻抗信号中的一个(电阻或感抗、幅值或相位)信息来反映被测量的变化，这方面的研究也较成熟。
目前对电涡流传感器电路的研究主要集中在非线性校正和温度补偿方面。
三、电涡流传感器未来发展趋势
随着计算机技术、人工智能和信号处理技术的迅速发展，涡流问题的研究也取得了长足进展，使涡流检测技术在飞机机翼与螺栓连接疲劳损伤检测、核电站热输出管道检测、飞机燃气涡轮发动机叶片检测、海底石油管道及以发电机组为代表的旋转机械等重要零部件检测中得以运用。
结合目前涡流检测技术研究存在不足，涡流检测技术的研究将会呈现以下趋势:
1.进一步完善不同被测体下线圈阻抗的求解理论。
这里的不同被测体是指具有不同电磁特性的被测体。
关于该方面的研究应包含两部分:一是不同被测体下线圈阻抗表达式的理论推导;二是研究获得线圈阻抗值的算法。
当电磁场理论应用于电涡流传感器时，因为自身几何结构和边界条件的复杂性，导致线圈阻抗
推导过程及其的理论表达式相当复杂，因此不同被测体下线圈阻抗推导过程和阻抗求解算法将成为研究的热点。
2.电涡流传感器输出和被测体电磁特性之间的关系研究，实现电涡流传感器被测材料无关的新特性。
工程中用于检测一种材料的传感器不能用于其他材料的检测，这种情况不仅限制了传感器的使用范围，耗费更多资源。
同时目前工程中使用的某些材料无法确切知道其化学成分，这使得传感器调试困难。
因此通过对电涡流传感器输出和被测材料电磁特性之间关系的研究，为消除传感器输出与被测材料的相关性提供理论指导。
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总结
针对电涡流传感器的优点和发展的现状，得出如何提高传感器的测量范围是首要问题的结论。
对于如何提高传感器的测量范围，从二个方面入手解决：1、进一步完善不同被测体下线圈阻抗的求解理论。
2、电涡流传感器输出和被测体电磁特性之间的关系研究，实现电涡流传感器被测材料无关的新特性。
【参考文献】
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[6]许永兴.电磁场理论及计算[M].同济大学出版社.1994.12 .。