测试技术与仪器大作业

测试技术与仪器

大作业

传感器综合运用

姓名：

班级：

学号：

指导老师：

年月

一：题目

如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。图中4mm尺寸公差带为10m

二：设计过程

1.传感器的选择。

题目要求在滑动过程中检测工件厚度并且计数，为非接触的动态测量，测量厚度为4mm。考虑采用涡电流式传感器。涡电流传感器测量范围随传感器结构尺寸、线圈匝数和激磁频率而异，从1mm到10mm，最高分辨率可达1m，可以满足测量要求和公差带要求。

采用涡电流传感器有结构简单、使用方便、不受油液等介质影响等优点。

2.测量原理

涡电流式传感器的变换原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。

如图所示，金属板置于一只线圈的附

近，其间距为。当线圈中有一高频交变电流i 通过时，便产生磁通F 。此交变磁通通过邻近的金属板，金属板上便产生感应电流i 1。感应电流i 1在金属体内是闭合的，称之为“涡电流”或“涡流”。同时，

涡电流也将产生交变磁通F 1。根据能次定律，涡电流的交变磁场与线圈的磁场变化方向相反，F 1总是抵抗F 的变化。由于涡流磁场的作用（对导磁材料还有气隙对磁路的影响）使原线圈的等效阻抗Z 发生变化，变化程度与有关。

涡电流传感器的的测量电路一般有阻抗分压式调幅电路和调频电

路。现决定采用调频电路。

调频式测量电路如下图所示。传感器线圈接入LC 振荡回路。当传感器与被测物体的距离改变时，传感器的电感量发生变化，从而导致振荡频率的变化。该频率可以直接由频率计测量，或通过F-V 变换，用电压表测出对应的电压值。

振荡电路由一个电容三点式振荡器和射极跟随器组成。振荡器由C2，C3，L ，C 和BG1 组成，其频率为C

x L f

)(21π=

。为了避免输出

振荡 器

频率计

F-V 电压计

电缆的分布电容 影响，通常将L,C 装在传感器的内部，此时分布电容并联在大电容C2，C3上，因而对振荡器的频率的影响就很小。

3. 测量方案

如图所示，先测量，在工件到达电涡流传感器之前，先测量传感器与滑台之间的距离δ0，工件通过时，测量工件上端面与传感器之间的距离δ，则工件厚度为：

δ工件=δ0−δ

每产生一次距离变化，表明有一个工件通过，计数器加一，从而实现计数功能。

传感器通过A/D 转换并接控制器。如下图：

C3

C2

C1 C4

C6 C5

R6

R5

R4

R3 R2

R1

BG1

BG2

L111

L

电涡流传感器

工件

线性校正

放大器

A/D 转换

控制器

4.测量过程中的问题

(1)工件滑动过程中的震动

在工件从轨道上滑下途径电涡流传感器时，可以预料到一定存在着上下振动，这将对精密测量的准确性产生很大影响。

从振动理论来分析，工件上下振动频率与其速度有关，而其

从30滑道上下滑的速度不是很快，故其基频较低，从地基或

其它机械传来的振动，量值会得到极大的衰减，只会引起在基

频上的附加振动。所以该测量方案可以在一定程度上克服震动

产生的误差。

(2)传感器的动态响应速度

因为测量过程属于动态测量，必然要考虑传感器的响应特性对测试结果的影响。本测量方案采用电感式传感器，属于结

构型传感器，其固有频率低。为了克服这个缺点，将传感器安

装在滑道的上不，即当工件速度尚小时对其进行测量，从而保

证传感器的响应特性满足不失真条件。