基于电涡流原理的转速传感器的设计
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关键词：传感器；转速测量；电涡流效应；Mn-Zn 铁氧体；探头线圈；拾取 电路
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
In this paper, the of the rotational speed sensor designed is a sensor based on eddy current effect, by a sensitive probe, converter and extension cable, with the small probe size, long measuring distance, wide working temperature range, fast response, resistance to harsh environment, stable performance, convenient installation, strong universality etc.. The sensor uses coils as the sensing element, through the processing of subsequent measurement circuit is transformed into (0~5)V square wave output. This paper mainly completed the design, manufacture and test of the sensor, and the test results were compared and analyzed, experimental results show that the sensor's performance to meet the use requirements.
在 电 涡 流 转 速 传 感 器 的 设 计 中 ，介 绍 了 传 感 器 的 结 构 设 计 、敏 感 探 头 的 设 计 和 后 续 调 理 电 路 的 设 计 ，文 中 着 重 分 析 了 敏 感 线 圈 设 计 的 技 术 难 点 以 及 解 决 措 施 ，对 线 圈 的 布 置 和 几 何 尺 寸 的 确 定 进 行 了 深 入 研 究 ，设 计 外 部 调 理 电 路 对 敏 感 线 圈 的 电 信 号 进 行 转 换 。在 对 传 感 器 系 统 联 调 及 测 试 的 研 究 中 发 现 ，使 用 该 电 涡 流 传 感 器 进 行 转 速 测 量 时 ，在 整 个 温 度 范 围 内 受 温 度 影 响 不 大，在 100℃～150℃范围内最大偏差不超过 1%，温度稳定性能较好。
measurement mode of rotational speed, that small area measured and long measuring
distance in the harsh environment of wide temperature range.
Keywords: sensor, rotational speed measure, eddy current effect, Mn-Zn ferrite, probe loop, collect circuit
In this paper, through the study of sensitive coil of sensor probe and the circuit, knowing well that the relationship between eddy current intensity and coil parameters of
在 电 涡 流 传 感 器 基 础 理 论 中 ，着 重 阐 述 了 电 涡 流 效 应 和 电 涡 流 传 感 器 的 工作原理，从理论上分析了电涡流强度与测试距离和输入频率之间的关系， 以及影响传感器特性的因素。
在 软 磁 材 料 的 基 础 理 论 中 ，详 细 介 绍 了 软 磁 铁 氧 体 、高 导 磁 率 铁 氧 体 磁 芯的基础理论以及高导磁率 Mn-Zn 铁氧体研究现状，并对 Mn-Zn 铁氧体材 料的基本电磁特性进行了描述。
Candidate：
Niu Wei
Supervisor：
Prof. Zhao Honglin
Academic Degree Applied for： Master of Engineering
Speciality：
Electronics and Communication Engineering
Affiliation：
硕士学位论文 （工程硕士）
基于电涡流原理的转速传感器的设计 DESIGN OF ROTATIONAL SPEED SENSOR BASED ON THE PIRNCIPLE
OF EDDY CURRENT
牛薇
哈尔滨工业大学 2014 年 1 月
国 内 图 书 分 类 号 ：T P212 .1 国 际 图 书 分 类 号 ：621.3
In the basic theory of soft magnetic materials, introduces the basic theory of soft magnetic ferrite, high permeability ferrite cores and high permeability Mn-Zn ferrite research present situation, and the basic electromagnetic properties of Mn-Zn ferrite material is described.
In the design of eddy current rotational speed sensor, introduces the design of the sensor’s structure, the sensitive probe and the subsequent processing circuit, this paper analyzes the technical difficulties and solving measures of sensitive coil designed, were studied to determine the coil arrangement and geometric size, the design of external processing circuit to convert the electrical signal of the sensitive coil. Found in the study of sensor system debugging and testing, rotational speed measurement using the eddy current sensor, it’s not affected by temperature in the whole temperature range, the maximum deviation is less than 1% in the range of 100℃~ 150℃, the temperature stability is better.
本 文 通 过 对 传 感 器 探 头 敏 感 线 圈 和 电 路 的 研 究 ，掌 握 了 电 涡 流 强 度 与 探 头线圈参数和测试距离的关系及其对转速测量的影响，以及微弱信号拾取、 放 大 、转 换 等 技 术 ，实 现 了 宽 温 度 范 围 的 恶 劣 环 境 下 被 测 面 积 小 、测 试 距 离 大的转速测量方式。
III
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘 要 ................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................ II 第 1 章 绪论................................................................................................... 1
In the basic theory of eddy current sensor, focuses on the principle of eddy current effect and eddy current sensor, based on the theoretical analysis of the relationship between the eddy current intensity and the measuring distance and frequency input, and the influencing factors of the characteristics of the sensor.
1.1 引言...................................................................................................... 1 1.2 课题来源及研究的目的和意义............................................................. 2 1.3 转速传感器国内外研究现状 ................................................................ 3 1.4 本文的主要研究内容............................................................................ 7 第 2 章 电涡流传感器基础理论..................................................................... 9 2.1 电涡流效应 .......................................................................................... 9
学 校 代 码 ：1 0 2 1 3 密 级 ：公 开
工学硕士学位论文 （工程硕士）
基于电涡流原理的转速传感器的设计
硕 士 研 究 生：牛 薇
导
师：赵洪林教授
申 请 学 位：工程硕士
学
科：电子与通信工程
所 在 单 位：中国电科 49 所
答 辩 日 期：2014 年 1 月
授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index： TP212.1 U.D.C： 10213
Dissertation for the Master Degree in Engineering
DESIGN OF ROTATIONAL SPEED SENSOR BASED ON THE PIRNCIPLE OF
EDDY CURRENT
CETC49
Date of Defence：
January，2014
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文设计的转速传感器是一种基于电涡流效应的传感器，由敏感探头、 变 换 器 以 及 延 伸 电 缆 组 成 ，具 有 探 头 尺 寸 小 、测 试 距 离 大 、工 作 温 度 范 围 宽 、 响 应 快 、耐 恶 劣 环 境 、性 能 稳 定 、便 于 安 装 、通 用 性 强 等 特 点 。该 传 感 器 采 用扁平线圈作为敏感元件，通过后续测量电路处理后转化为（0～5）V 方波 输 出 。本 文 主 要 完 成 了 该 传 感 器 的 设 计 、制 作 和 测 试 ，并 对 试 验 结 果 进 行 了 比较分析，试验结果表明传感器的性能指标满足使用要求。
sensor probe, measuring distance, and its influence on the measurement of rotational
II
wk.baidu.com 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
speed, and the technology of weak signal pickup, amplification, conversion, realize the
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
In this paper, the of the rotational speed sensor designed is a sensor based on eddy current effect, by a sensitive probe, converter and extension cable, with the small probe size, long measuring distance, wide working temperature range, fast response, resistance to harsh environment, stable performance, convenient installation, strong universality etc.. The sensor uses coils as the sensing element, through the processing of subsequent measurement circuit is transformed into (0~5)V square wave output. This paper mainly completed the design, manufacture and test of the sensor, and the test results were compared and analyzed, experimental results show that the sensor's performance to meet the use requirements.
在 电 涡 流 转 速 传 感 器 的 设 计 中 ，介 绍 了 传 感 器 的 结 构 设 计 、敏 感 探 头 的 设 计 和 后 续 调 理 电 路 的 设 计 ，文 中 着 重 分 析 了 敏 感 线 圈 设 计 的 技 术 难 点 以 及 解 决 措 施 ，对 线 圈 的 布 置 和 几 何 尺 寸 的 确 定 进 行 了 深 入 研 究 ，设 计 外 部 调 理 电 路 对 敏 感 线 圈 的 电 信 号 进 行 转 换 。在 对 传 感 器 系 统 联 调 及 测 试 的 研 究 中 发 现 ，使 用 该 电 涡 流 传 感 器 进 行 转 速 测 量 时 ，在 整 个 温 度 范 围 内 受 温 度 影 响 不 大，在 100℃～150℃范围内最大偏差不超过 1%，温度稳定性能较好。
measurement mode of rotational speed, that small area measured and long measuring
distance in the harsh environment of wide temperature range.
Keywords: sensor, rotational speed measure, eddy current effect, Mn-Zn ferrite, probe loop, collect circuit
In this paper, through the study of sensitive coil of sensor probe and the circuit, knowing well that the relationship between eddy current intensity and coil parameters of
在 电 涡 流 传 感 器 基 础 理 论 中 ，着 重 阐 述 了 电 涡 流 效 应 和 电 涡 流 传 感 器 的 工作原理，从理论上分析了电涡流强度与测试距离和输入频率之间的关系， 以及影响传感器特性的因素。
在 软 磁 材 料 的 基 础 理 论 中 ，详 细 介 绍 了 软 磁 铁 氧 体 、高 导 磁 率 铁 氧 体 磁 芯的基础理论以及高导磁率 Mn-Zn 铁氧体研究现状，并对 Mn-Zn 铁氧体材 料的基本电磁特性进行了描述。
Candidate：
Niu Wei
Supervisor：
Prof. Zhao Honglin
Academic Degree Applied for： Master of Engineering
Speciality：
Electronics and Communication Engineering
Affiliation：
硕士学位论文 （工程硕士）
基于电涡流原理的转速传感器的设计 DESIGN OF ROTATIONAL SPEED SENSOR BASED ON THE PIRNCIPLE
OF EDDY CURRENT
牛薇
哈尔滨工业大学 2014 年 1 月
国 内 图 书 分 类 号 ：T P212 .1 国 际 图 书 分 类 号 ：621.3
In the basic theory of soft magnetic materials, introduces the basic theory of soft magnetic ferrite, high permeability ferrite cores and high permeability Mn-Zn ferrite research present situation, and the basic electromagnetic properties of Mn-Zn ferrite material is described.
In the design of eddy current rotational speed sensor, introduces the design of the sensor’s structure, the sensitive probe and the subsequent processing circuit, this paper analyzes the technical difficulties and solving measures of sensitive coil designed, were studied to determine the coil arrangement and geometric size, the design of external processing circuit to convert the electrical signal of the sensitive coil. Found in the study of sensor system debugging and testing, rotational speed measurement using the eddy current sensor, it’s not affected by temperature in the whole temperature range, the maximum deviation is less than 1% in the range of 100℃~ 150℃, the temperature stability is better.
本 文 通 过 对 传 感 器 探 头 敏 感 线 圈 和 电 路 的 研 究 ，掌 握 了 电 涡 流 强 度 与 探 头线圈参数和测试距离的关系及其对转速测量的影响，以及微弱信号拾取、 放 大 、转 换 等 技 术 ，实 现 了 宽 温 度 范 围 的 恶 劣 环 境 下 被 测 面 积 小 、测 试 距 离 大的转速测量方式。
III
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
目录
摘 要 ................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................ II 第 1 章 绪论................................................................................................... 1
In the basic theory of eddy current sensor, focuses on the principle of eddy current effect and eddy current sensor, based on the theoretical analysis of the relationship between the eddy current intensity and the measuring distance and frequency input, and the influencing factors of the characteristics of the sensor.
1.1 引言...................................................................................................... 1 1.2 课题来源及研究的目的和意义............................................................. 2 1.3 转速传感器国内外研究现状 ................................................................ 3 1.4 本文的主要研究内容............................................................................ 7 第 2 章 电涡流传感器基础理论..................................................................... 9 2.1 电涡流效应 .......................................................................................... 9
学 校 代 码 ：1 0 2 1 3 密 级 ：公 开
工学硕士学位论文 （工程硕士）
基于电涡流原理的转速传感器的设计
硕 士 研 究 生：牛 薇
导
师：赵洪林教授
申 请 学 位：工程硕士
学
科：电子与通信工程
所 在 单 位：中国电科 49 所
答 辩 日 期：2014 年 1 月
授予学位单位：哈尔滨工业大学
Classified Index： TP212.1 U.D.C： 10213
Dissertation for the Master Degree in Engineering
DESIGN OF ROTATIONAL SPEED SENSOR BASED ON THE PIRNCIPLE OF
EDDY CURRENT
CETC49
Date of Defence：
January，2014
Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文设计的转速传感器是一种基于电涡流效应的传感器，由敏感探头、 变 换 器 以 及 延 伸 电 缆 组 成 ，具 有 探 头 尺 寸 小 、测 试 距 离 大 、工 作 温 度 范 围 宽 、 响 应 快 、耐 恶 劣 环 境 、性 能 稳 定 、便 于 安 装 、通 用 性 强 等 特 点 。该 传 感 器 采 用扁平线圈作为敏感元件，通过后续测量电路处理后转化为（0～5）V 方波 输 出 。本 文 主 要 完 成 了 该 传 感 器 的 设 计 、制 作 和 测 试 ，并 对 试 验 结 果 进 行 了 比较分析，试验结果表明传感器的性能指标满足使用要求。
sensor probe, measuring distance, and its influence on the measurement of rotational
II
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speed, and the technology of weak signal pickup, amplification, conversion, realize the