(完整版)传感器

由于存在集肤效应，电涡流只能检测导体表面的
各种物理参数。改变f，可控制检测深度。激励
源频率一般设定在100KHz~1MHz，有时为了使 电涡流深入金属导体深度，或欲对距离较远的金 属体进行检测，可采用十几千赫兹甚至几百赫兹 的激励频率。
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二、电涡流线圈等效阻抗分析
设电涡流线圈在高频时的等效电阻为R1（大 于直流电阻），电感为L1。当有被测导体靠近 电涡流线圈时，则被测导体等效为一个短路环， 电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互 感随线圈与导体之间距离的减小而增大。
.
电涡流线圈的等效阻抗ZBiblioteka U&1 I&1
[R1
R2
R22
2M 2
L2
2
]
j[L1
L2
R22
2M 2
L2
2
]
R
jL
式中 R、L——电涡流线圈靠近被测导体时的等效电 阻和等效电感。
当被测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈 与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，等效电 阻R增大，品质因数Q值降低：
电涡流线圈在不同情况下的品质因数
Q初始
Q值越大，曲线越尖锐，后级检测电路得到的 电压就越高。
电涡流用于其他非电量的测量
如果控制间距δ不变，就可以用来检测与表面
电导率σ有关的表面温度、表面裂纹等参数，
或者用来检测与材料磁导率μ有关的磁性特性、 表面硬度等参数。
表面温度升高，电导率σ 降低； 表面有裂纹时，电涡流减小。 检测深度的控制：电涡流线圈的激励频率一 般设定在100kHz~1MHz。频率越低，有效测量 距离越大，能够检测被测金属体内部参数的深 度也越深。
如果控制上式中的f、μ、σ、r不变，电涡流线圈的阻 抗Z 就成为线圈与被测金属体的间距δ的单值函数，属 于非接触式测量。
当被测物与电涡流线圈的间距δ减小时，电涡流线圈 与被测金属的互感量M增大，等效电感L减小，Q值降 低，等效电阻R增大。由于线圈的感抗XL的减小比R的 增大大得多，故此时流过电涡流线圈的电流i1增大。
电涡流线圈的直径越大，探测范围就越 大——电涡流探雷器
第三节 电涡流传感器的测量转换电路
一种为调幅（AM）式电路， 另一种为调频电路（PM）。 AM：用低频信号去调制高频载波的振幅，使其振幅 按低频调制信号的规律而变化。
PM：用低频信号去调制高频载波的频率，使其频率 按低频调制信号的规律而变化。其幅度虽然也有变化，
块状金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流 产生。这种电流的流线在金属体内自行闭合，这种由电磁感应 原理产生的漩涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流 效应。
电涡流传感器就是利用电涡流效应来检测导电物体的各种物理 参数的。
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趋肤效应（集肤效应）
当100kHz～2MHz信号源产生的交变电压施加到电 感线圈L1上时，就产生一次电流i1 ，在线圈周围产生
必须经过双向限幅器，才能变 为等幅波，后级电路可以用 “鉴频器”来鉴别载波的频率 变化，重新得到所包含的低频 信号。也可以接到单片机的计 数端，由单片机计算出被测量。
第四章 电涡流传感器
本章介绍电涡流效应、趋肤效应、电涡流 传感器的原理、电涡流探头结构、特性、调 幅、调频转换电路，电涡流线性位移传感器、 安检门、裂纹检测等的应用，介绍接近开关 的概念、分类、特性、结构、工作原理、特 性参数及其应用。
电涡流传感器是一种基于电涡流效应原理的传感器。 也是基于电磁感应原理，属于互感式电感传感器。
交变磁场Φ。如果将线圈靠近一块金属导体，金属导
体表面就产生电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向并不 是均匀分布的，而只集中在金属导体的表面，这称为 趋肤效应(集肤效应）。
交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度 就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应 来控制非电量的检测深度。
集肤效应与激励源频率 f、工件的电导率、磁导率
Q=ωL/R 等效电阻上消耗的有功功率P 增大：
P=I 2R
影响电涡流线圈等效阻抗的因数
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z由两部分构 成，即等效电感L和等效电阻R串联而成：
Z=R+jωL=f(f、μ、σ、r、δ ) 上式中的μ、σ为金属导体的磁导率和电导率，r为表 面因子，包括粗超度、沟痕、裂纹等。
等有关。通常把涡流密度减少到离开表面1/e处 （e=2.172）的深度叫做标准渗透深度。它大约是电涡 流密度减少到36.8%处的深度，用δ表示。
1 f
频率f 越高，电涡流的渗透的深度就越浅，集肤 效应越严重。
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圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
0.1~1MHz
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当电涡流线圈与金 属板的距离x 减小时， 电涡流线圈的等效电感 L 减小，等效电阻R 增 大。感抗XL 的变化比 R 的变化 大 得 多，流过 线圈的电流 i1 增大。
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根据法拉第电磁感应定律（闭合电路的一部分导体在磁场里做 切割磁力线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁 感应。）
第二节 电涡流传感器结构及特性
电涡流探头外形及 调理电路前置器
交变磁场
电涡流传感器的传感元件是 一只线圈俗称为电涡流探头，
线圈采用多股绞扭漆包线为 了减小集肤效应，提高Q值。
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 7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
YD9800系列电涡流位移传感器特性
线圈
直径
φ/mm
壳体 螺纹
/mm
线性 最佳安装
范围
距离
/mm /mm
最小 被测面 分辨力
/mm /μm
5 M8×1
1
0.5
15
1
11 M14×1.5 4
2
35
4
25 M16×1.5 8
4
70
8
50 M30×2 25
12
100
10
探头的直径与测量范围及分辨力之间有何关系？
最大的特点是能对位移、振动、厚度、温度、电解质 浓度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量. 另外还具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能 力强、测量线性范围大等特点，应用极其广泛。
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4.1.1电涡流效应
➢ 变化着的磁场经过导体块时，导体内就会产生感应 电流，该电流的流线呈闭合回线，类似水涡形状，故称 之为电涡流。