现代传感器技术习题参考答案4-变磁阻式传感器

f (其中 为被测材料的电阻率，f 为激励频率)，对应确定的被测材料，
电阻率 为定值，因此， t 1 f 。换言之，f 大时 t 小，f 小时 t 大。 以涡流贯穿深度 t 为参量， 其输出感应电压 U2 与被测金属 板厚度 h 的关系曲线如右图示。由图可知，对应于不同 t 值的 U2-h 曲线是不同的。当 t 较大时，曲线比较接近于一条直线， 而 t 很小时则类似于双曲线，此时的特点是在小 h 值范围内斜 率较大，而 h 增大时曲线最后趋于零。 由以上讨论可知，金属板厚度较薄时 f 选得高一点则对应的 t 比较小，U2-h 特性比较接 近于双曲线，在小 h 范围内可获得较高的灵敏度。反之，金属板厚时 f 选得低一点有利于增 大穿透深度 t，线性也比较好。因此，测薄板时应选择较高的频率；测厚板时则选较低的频 率。 利用电涡流式传感器测量厚度，试述低频透射式和高频反射式测量的工作原理。
E Z1 A U Z2 C Z3 B UO Z4 F D
图(a)示。在 A-E-C-B 中，C 点电位由于 Z1 增 大而降低；在 A-F-D-B 支路中，D 点电位由 于 Z2 减少而增高。因此 D 点电位高于 C 点， 输出信号为正。 (2)如供电电压为负半周，即 B 点电位高于 A 点，二极管 D2、D3 导通，D1、D4 截至，如图 (b)示。在 B-C-F-A 中，C 点电位由于 Z2 减少 而降低；在 B-D-E-A 支路中，D 点电位由于
h t
成正比， 其中 h 为被测金属板厚度， t 为电涡流的贯穿深度，
高频反射式：
由图 3-51 示， 在板材上下两侧对称安置两个特性相同的电 涡流传感器 L1 和 L2， 并将两个涡流线圈端面之间的距离精确定
位在 D。利用电涡流传感器测距原理分别测定 L1 和 L2 的端面与金属板上下表面的距离 x1 和 x2，则板厚 d=D-(x1+x2)。 电涡流传感器测距的原理是利用线圈与金属表面间距离改变时， 线圈与金属表面 （分别 相当于电感 1 和电感 2）之间的互感 M 随之变化，导致其等效参数（等效电感、等效阻抗 或等效品质因数） 发生变化， 通过测量这些参数的变化即可反映线圈与金属表面间距离的变 化。
Z3 A U Z2 F D2 D3 D4 D B UO Z4
E Z1
D1
C
出。如图(b)示。 当衔铁处于中间位置时，Z1＝Z2＝Z，电 桥平衡，UO＝0。 若衔铁上移，Z1 增大，Z2 减小。 (1)如供电电压为正半周，即 A 点电位高于 B 点，二极管 D1、D4 导通，D2、D3 截至，如
(a)
4-13.
答：低频透射式： 传感器由发射线圈 L1 和接收线圈 L2 组成，分别位于被测金属板材 M 的两侧。当低频激 励电压 U1 加到 L1 两端产生一个交变电磁场，在 L2 的两端产生感应电压 U2。若两线圈间无 金属导体，则没有涡流产生，即 L1 产生的电磁场基本上没有损耗，此时 L2 上感生的感应电 势 U2 最大。当有金属板插入后，L1 产生的交变电磁场将在金属板上产生涡流损耗，造成 U2 下降。金属板越厚，涡流损耗越大，U2 就越小。由此可用 U2 的大小来反映金属板的厚度。 理论分析与实验证明， U2 与 e 如图 3-42 式。
正半周 (b)
Z1 增大而增高。因此 D 点电位仍高于 C 点，输出信号为正。
同理证明，衔铁下移时，输出信号总为负。故输出信号的正负代表了衔铁位移的方向。
4-12.
利用电涡流式传感器测量金属板的厚度时，为什么测薄板时应选择较高的频率，
测厚板时则选较低的频率。 答：此wenku.baidu.com采用的应为透射式电涡流传感器。 考虑到 t
浙江大学电气工程学院
10192091 2013-2014 学年秋学期
现代传感器技术
四、变磁阻式传感器
（二）习 题
赵梦恋，吴晓波 2013 年 10 月
4-11. 答:
分别画出正负半周下二极管环形相敏检波电路的等效电路并据此说明其工作原理
（如何反映衔铁运动的大小和方向） 。 Z1 和 Z2 为传感器两线圈的阻抗，Z3＝ Z4 构成另两个桥臂，U 为供电电压，UO 为输