电涡流传感器的静态标定

电涡流传感器的静态标定

一、实验目的

1、掌握常用传感器的基本类型及其工作原理；

2、了解调幅电路的特点，测试电涡流传感器的电路特点；

3、进行电涡流传感器的静态标定，掌握线性度、灵敏度、分辨力的数据处理方法。

二、实验原理

1、掌握以下几种传感器的基本结构和工作原理

(1) 电阻应变片：金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

(2) ICP加速度传感器：是内装IC集成运算放大器的加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录仪、显示仪和采集分析仪连接，简化了测试系统，提高了测量系统精度和可靠性。IC压电加速度传感器由压电加速度传感器和IC放大电路组成。

(3) 磁电式速度传感器: 磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器.

2、电涡流传感器的工作原理

电涡流传感器通常由扁平环形线圈组成，见图一。在线圈中通以高频电流，频率一般为1~3MHz 左右，在线圈中产生高频交变磁场，当导电金属板接近线圈时，交变磁场在板的表面感应电流，即涡电流。电涡流也产生一个反向磁场，从而消弱原磁场，也就相应改变了原线圈的自感量L和阻抗Z，其变化与金属涡流片的电阻率ρ、导磁率μ、金属涡流片厚度h、线圈的激励频率ω、温度t以及与线圈的距离δ有关，即

图1 涡流式位移传感器的基本结构及工作原理图

若仅改变δ，其它参数不变，Z仅是位移δ的单值函数，这样可以实现位移的测量。

测量电路通常有阻抗分压式调幅电路及调频电路，本实验用的为调幅电路。

调制就是利用低频信号控制或改变一高频信号的某个参数(幅值、频率、相位)。

三、实验部件

应变片、DH620速度传感器、DH187加速度传感器、电涡流传感器、电涡流传感器实验模块、螺旋测微仪、电压表等

四、实验步骤

1、连接主机与实验模块电源及传感器接口，电涡流线圈与涡流片须保持平行，安装好测微仪，涡流变换器输出接电压表20V档。

2、开启主机电源，用测微仪带动涡流片移动，当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零（如不为零可适当改变支架中线圈的角度），然后旋动测微仪使涡流片离开线圈，从电压表有读数时每隔0.2mm记录一个电压值，将V、X值填入下表.

表（1）

图（1）

x(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

V(v) 0 0.8 2.79 3.6 4.32 5.01 5.68 6.33 6.95 7.45 7.55 7.61

x(mm) 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 V(v) 7.65 7.69 7.73 7.75 7.79 7.81 7.83 7.85 7.87 7.89 7.9 7.91 7.93 x(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

V(v) 0 0.4 2.22 3.19 3.95 4.66 5.33 5.99 6.63 7.25 7.51 7.58

x(mm) 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 V(v) 7.63 7.68 7.71 7.74 7.78 7.81 7.84 7.86 7.87 7.89 7.9 7.92 7.93

3、示波器接电涡流线圈与实验模块输入端口，观察电涡流传感器的激励信号频率，随着线圈与

电涡流片距离的变化，信号幅度也发生变化，当涡流片紧贴线圈时电路停振，输出为零。

4、剔除奇点，用最小二乘法拟合一条直线，然后计算其灵敏度和线性度。直线的斜率为灵敏度，

线性度用线性误差度量。

五、实验报告处理

1.简述实验目的和实验原理，根据实验步骤要求，整理和分析相应的波形和特性曲线。

答：灵敏度S与气隙长度的平方成反比，δ愈小，灵敏度愈高，由于灵敏度S不是常数，所以

会出现非线性误差。

2.计算其灵敏度和线性度，回程误差

答：剔除奇点，选表（1）所示数据用最小二乘法拟合一条正行程直线,如上图（1）中所示，由

直线的回归方程为Vi’=3.3375*x+1.595,给定Xi可算出相应于Xi的Vi’以及Bi=Vi-Vi’值列入下表（1）

表（2）

Xi(mm) 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 Vi(v) 2.79 3.6 4.32 5.01 5.68 6.33 6.95 7.45

-0.152 Bi -0.14 0.0025 0.055 0.0775 0.08 0.0625 0.015

5

(1)Bi中最大的为Bmax=0.08.所以正行程的线性误差为：

( Bmax / A)*100%=(0.08 /(7.45-2.79）)*100%=1.7%

(2)直线的斜率为灵敏度，线性度用线性误差度量：

正行程过程中的灵敏度为S=3.3375(V/mm)

(3)剔除奇点，选表（2）所示数据，用最小二乘法拟合一条回程过程中的直线,如上图（1）中所示；

表（3）

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

2.22

3.19 3.95

4.66

5.33 5.99

6.63

7.25

hmax=(3.3375 * 0.4+1.595) - (3.5238 *0.4+1.0263)=0.49418.

回程误差为：（hmax / A)*100%=(0.49418/(7.25-2.22）)*100%=9.8%