机械量的测量

电涡流传感器应用
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厚度检测
电涡流传感器应用
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三、光栅传感器
1. 光栅传感器原理 (莫尔条纹)
构成： 主光栅---标尺光栅，定光栅； 指示光栅---动光栅
主光栅 指示光栅
叠合
夹角 移动 明暗相间条纹
莫尔条纹
条纹宽度： B W W
2sin( / 2)
W-栅距， a-线宽， b-缝宽 W=a+b ，a=b=W/2
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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 。
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鉴频器特性
使用 鉴频器可 以将f 转 换为电压 Uo
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鉴频器的输出电压与输入频率成正比
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位移检测
第一节 位移的测量
1. 常用位移传感器的性能和特点（P121）
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二、电涡流传感器
当金属导体置于交变磁场或在磁场
电涡流效应演示
中运动时，在导体中会产生感生电 流，这种电流在导体中自行闭合
电涡流
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
反射式结构：
光源 →主光栅 → 反射 →指示光栅 →光电元件
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三、光栅传感器
4. 代表性产品：
德国Heidenhain（海德汉）： 封闭式：量程3000mm，分辨力0.1 m
开放式：量程270mm 分辨力1nm
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开放式：量程1440mm，分辨力0.01m
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三、光栅传感器
三、光栅传感器
莫尔条纹特性：
方向性：垂直于角平分线 → 与光栅移动方向垂直 同步性：光栅移动一个栅距 → 莫尔条纹移动一个间距 放大性：夹角θ很小 → B>>W → 光学放大 → 提高灵敏度 准确性：误差平均效应 → 克服个别/局部误差 → 提高精度
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2. 光栅传感器特点
①精度高：测长±(0.2+2×10-6L)μm，测角±0.1″
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2、等效阻抗分析
电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的 函数表达式为：
Z=R+jωL=f（ρ、、x、ω、i1、r） （7-6）
如果控制上式中的i1、f、、、r不变，电
涡流线圈的阻抗Z就成为哪个非电量的单值函数？ 属于接触式测量还是非接触式测量？
检测深度与激励源频率有何关系？
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要求：分度准确（工艺）、明暗交替边缘陡峭（工艺、材质）
多种用途：如果控制x、i1、f不变，就可以用来检 测与表面电导率ρ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有关的材料型号、表面硬
度等参数。
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电磁炉内部的励磁线圈
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电涡流传感器结构及特性
高频反射式、低频投射式
交变磁场
电涡流探头外形
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等效阻抗与非电量的测量
检测深度的控制：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。频率越低，检测深度越深。
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、、、r不
变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这 样就成为非接触地测量位移的传感器。
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高频反射式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
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CZF-1系列传感器的性能
分析上表请得出结论：
探头的直径与测量范围及分辨力之间 有何关系？
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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 换为电压Uo 。
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（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
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过电涡流线圈的电
流 i1 增大。
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工作原理:
输出信号 交变电流 交变磁场H2
Βιβλιοθήκη Baidu
参数变化(电感、阻抗、
品质因素等)
传感器线圈
交变磁场H1
电涡流
被测导体
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电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
②量程大：透射式---光栅尺长（<1米），反射式--->几 十米
③响应快：可用于动态测量 ④增量式：增量码测量 → 计数 断电→数据消失 ⑤要求高：对环境要求高→温度、湿度、灰尘、振动、
移动精度 ⑥成本高：电路复杂
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3. 光栅传感器结构
透射式结构：1 – 主光栅尺（定光栅）
2 – 指示光栅（动光栅） 3 – 光电元件 4 – 透镜 5 – 光源 光源 → 指示光栅 → 透射 → 主光栅 →光电元件
起电涡流线圈端电压的衰减，再经高放、检波、低放电路，最
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）。
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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？
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（3）谐振调频（FM）式电路(100kHz~1MHz）
英国Renishaw（雷尼绍）：
量程：任意 分辨力： 0.1 m 0.01 m
中国长春光机所：
量 程：1000mm 分辨力：0.01 m 精 度：2 m
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四、角度及角位移检测（补充）
1、绝对码光电编码器
组成：光源、码盘、光电元件
原理：平行光源→码盘→ 光电元件→电信号输出 码盘：光学玻璃，透光/不透光→ 照相腐蚀
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低频投射式
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大直径电涡流探雷器
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3、电涡流测量转换电路
（1）电桥电路
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3、电涡流测量转换电路
（2）谐振调幅式（AM）电路
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz） 用于激励电涡流线圈。金属材料在高频磁场中产生电涡流，引