传感器原理及应用课程设计

传感器原理及应用课程设计传感器原理及应用课程设计 题目 题目 被测体材质对电涡流传感器的特被测体材质对电涡流传感器的特 影响实验研究影响实验研究 学学 生 生 XXX 学学 号 号 XX 年年 级 级 2012 级级 专专 业 电气工程及其自动化业 电气工程及其自动化 指导教师 指导教师 XXX 邯郸学院机电学院 2015 年 6 月 目录目录 一一 工作原理工作原理 二二 应用应用 三三 实验设计方案实验设计方案 四四 实验结果与分析实验结果与分析 五五 结论结论 一一 电涡流传感器的工作原理电涡流传感器的工作原理 根据根据法拉第电磁感应法拉第电磁感应原理 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作原理 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切切 割磁力线割磁力线运动时 与金属是否块状无关 且切割不变化的磁场时无涡流 导运动时 与金属是否块状无关 且切割不变化的磁场时无涡流 导 体内将产生呈体内将产生呈涡旋涡旋状的状的感应电流感应电流 此电流叫电涡流 以上现象称为 此电流叫电涡流 以上现象称为电涡流效应电涡流效应 而根据电涡流效应制成的传感器称为而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器电涡流式传感器 PR3300 电涡流传感器的前置器中高频电涡流传感器的前置器中高频振荡电流振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈 在通过延伸电缆流入探头线圈 在 探头头部的线圈中产生交变的磁场 当被测金属体靠近这一磁场 则在此金属探头头部的线圈中产生交变的磁场 当被测金属体靠近这一磁场 则在此金属 表面产生感应电流 与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反表面产生感应电流 与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反 的交变磁场 由于其反作用 使头部线圈的交变磁场 由于其反作用 使头部线圈高频电流高频电流的幅度和相位得到改变 线的幅度和相位得到改变 线 圈的有效阻抗 这一变化与金属体圈的有效阻抗 这一变化与金属体磁导率磁导率 电导率电导率 线圈的几何形状 几何 线圈的几何形状 几何 尺寸 电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关 通常假定金尺寸 电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关 通常假定金 属导体材质均匀且性能是线性和各项同性 则线圈和金属属导体材质均匀且性能是线性和各项同性 则线圈和金属导体系统导体系统的物理性质的物理性质 可由金属导体的电导率可由金属导体的电导率 磁导率 磁导率 尺寸因子 尺寸因子 头部体线圈与金属导体表面 头部体线圈与金属导体表面 的距离的距离 D 电流强度 电流强度 I 和频率和频率 参数来描述 则线圈特征阻抗可用参数来描述 则线圈特征阻抗可用 Z F D I 函数来表示 通常我们能做到控制函数来表示 通常我们能做到控制 I 这几个参数在一定范围内这几个参数在一定范围内 不变 则线圈的特征阻抗不变 则线圈的特征阻抗 Z 就成为距离就成为距离 D 的的单值函数单值函数 虽然它整个函数是一非 虽然它整个函数是一非 线性的 其函数特征为线性的 其函数特征为 S 型曲线 但可以选取它近似为线性的一段 于此 通型曲线 但可以选取它近似为线性的一段 于此 通 过前置器过前置器电子线路电子线路的处理 将线圈阻抗的处理 将线圈阻抗 Z 的变化 即头部体线圈与金属导体的的变化 即头部体线圈与金属导体的 距离距离 D 的变化转化成电压或电流的变化 输出信号的大小随探头到被测体表面的变化转化成电压或电流的变化 输出信号的大小随探头到被测体表面 之间的间距而变化 电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移 之间的间距而变化 电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移 振动等参数的测量 振动等参数的测量 工作过程工作过程 当被测金属与探头之间的距离发生变化时 探头中线圈的当被测金属与探头之间的距离发生变化时 探头中线圈的 Q 值也发生变化 值也发生变化 Q 值的变化引起振荡电压幅度的变化 而这个随距离变化的振荡电压经过检波 值的变化引起振荡电压幅度的变化 而这个随距离变化的振荡电压经过检波 滤波 线性补偿 放大归一处理转化成电压 电流 变化 最终完成机械位移滤波 线性补偿 放大归一处理转化成电压 电流 变化 最终完成机械位移 间隙间隙 转换成电压 电流 由上所述 电涡流传感器工作系统中被测体可看转换成电压 电流 由上所述 电涡流传感器工作系统中被测体可看 作传感器系统的一半 即一个作传感器系统的一半 即一个电涡流位移传感器电涡流位移传感器的性能与被测体有关 电涡流的性能与被测体有关 电涡流 传感器工作原理如图所示传感器工作原理如图所示 按照电涡流在导体内的贯穿情况 此传感器可分为高频反射式和低频透射式两按照电涡流在导体内的贯穿情况 此传感器可分为高频反射式和低频透射式两 类 但从基本工作原理上来说仍是相似的 电涡流式传感器最大的特点是能对类 但从基本工作原理上来说仍是相似的 电涡流式传感器最大的特点是能对 位移 厚度 表面温度 速度 位移 厚度 表面温度 速度 应力 材料损伤等进行非接触式连续测量 另应力 材料损伤等进行非接触式连续测量 另 外还具有体积小 灵敏度高 外还具有体积小 灵敏度高 频率响应频率响应宽等特点 应用极其广泛 宽等特点 应用极其广泛 相关产品相关产品 PR3300 系列电涡流传感器是基于系列电涡流传感器是基于涡流效应涡流效应的原理制成的非接触式的原理制成的非接触式位移传感器位移传感器 是目前国内技术指标最高的电涡流传感器之一 该传感器由探头 加长电缆 是目前国内技术指标最高的电涡流传感器之一 该传感器由探头 加长电缆 前置器组成 可用来测量旋转机械轴的各种运行状态参数 如轴的径向振动 前置器组成 可用来测量旋转机械轴的各种运行状态参数 如轴的径向振动 轴向位移转速 偏心 轴向位移转速 偏心 差胀差胀等 电涡流传感器的特点是结构简单 丛于进行非等 电涡流传感器的特点是结构简单 丛于进行非 接触式的连续测量 灵敏度较高 适用性强 它的阻抗受睹多因素影响 如金接触式的连续测量 灵敏度较高 适用性强 它的阻抗受睹多因素影响 如金 属材料的厚度 尺寸 形状 吧导率 磁导率 表面因素 距离等 只要固定属材料的厚度 尺寸 形状 吧导率 磁导率 表面因素 距离等 只要固定 其他冈京就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素 冈此电涡流传感器的其他冈京就可以用电涡流传感器来测量剩下的一个因素 冈此电涡流传感器的 应用领域应用领域 E 们们 泛 似闹时包带来许多不确定冈素 一个或几个因素的微小变泛 似闹时包带来许多不确定冈素 一个或几个因素的微小变 化就足以影响测量结果 所以电涡流传感器多用于走件测量 即使要用作定量化就足以影响测量结果 所以电涡流传感器多用于走件测量 即使要用作定量 测量 也必须采用前面述及的逐点林定 计算机线性纠正 温度补偿等措施 测量 也必须采用前面述及的逐点林定 计算机线性纠正 温度补偿等措施 下血就几个主要的应用做简单的介绍 下血就几个主要的应用做简单的介绍 二二 应用应用 1 位移的测量 位移的测量 某些旋转机械 如高速旋转的气轮机对轴向位移要求很高 当气轮机远行叫 某些旋转机械 如高速旋转的气轮机对轴向位移要求很高 当气轮机远行叫 M 片在高压片在高压 蒸气候动蒸气候动 F 高速旋转 它的主轴承受巨大的抽高速旋转 它的主轴承受巨大的抽 N 惟力 若主抽惟力 若主抽 的位移越过规定值时 叶片有的位移越过规定值时 叶片有 nT 能勺其他部件碰樟而断裂 因此用屯涡流传能勺其他部件碰樟而断裂 因此用屯涡流传 感器测量各种金属感器测量各种金属 1 飞牛的微小位移量就显得卜分飞牛的微小位移量就显得卜分 至给 利用电涡流探头至给 利用电涡流探头 4 盯以洲旦谙盯以洲旦谙 AII 气轮机主轴的轴向位移 气轮机主轴的轴向位移 LU 动机的轴向审动 磨床换向动机的轴向审动 磨床换向 阀 阀 先寻阀的位移和金属试件的热膨胀系数等 伙穆测量范判可以从高灵敏度的先寻阀的位移和金属试件的热膨胀系数等 伙穆测量范判可以从高灵敏度的 o 一一 1mm 到到 大量程的大量程的 o 一一 3 mnb 分辨率可达满里程的分辨率可达满里程的 o 1 其缺点足线 其缺点足线 件皮稍差 只能达到件皮稍差 只能达到 1 G ZXwY 型吧涡流轴问位移监测保护装置可以型吧涡流轴问位移监测保护装置可以 在恶劣的环境在恶劣的环境 如高温 潮湿 剧烈振动等 如高温 潮湿 剧烈振动等 露露 F 接触测量利监视旋转机械的钠向位移 轴向位移的收测如图接触测量利监视旋转机械的钠向位移 轴向位移的收测如图 6 9 所示 所示 杯设备停止检修时 将探头安站在与联轴器端四的距离为杯设备停止检修时 将探头安站在与联轴器端四的距离为 2nun 的基应的基应 L 调节 调节 二次仪表二次仪表 使示值为塔 当气轮机启动后 长期检测其轴向位移量 使示值为塔 当气轮机启动后 长期检测其轴向位移量 dj 以发现 以发现 内于铀向推力和轴承的磨内于铀向推力和轴承的磨 损川使探头损川使探头 J 联劝器端而的队离联劝器端而的队离 5 减小 二次仪减小 二次仪 表的输出屯乐小零开娇增大 可调整二次仪表的输出屯乐小零开娇增大 可调整二次仪 表去而上的报警设定位 使什移表去而上的报警设定位 使什移 钽电容达到危险值钽电容达到危险值 本例中为本例中为 o 9mm 叫 一次仪表发出报警信号 当位移量达叫 一次仪表发出报警信号 当位移量达 到到 1 2mm 时 发出停帆信号以避免发生事故 时 发出停帆信号以避免发生事故 广述测量属于动态测量 广述测量属于动态测量 原理还可以将此类仪胎用于其他设备的监测 原理还可以将此类仪胎用于其他设备的监测 电涡流传感器电涡流传感器 DJ 以元接以元接 触地测量各种振动的振幅 频谱分布等参数 在气轮机 空气压缩触地测量各种振动的振幅 频谱分布等参数 在气轮机 空气压缩 机个常用机个常用 电涡流传感器来监控主轴的径向 轴向振动 也可以测量发电机涡流叶片的振电涡流传感器来监控主轴的径向 轴向振动 也可以测量发电机涡流叶片的振 幅 在幅 在 研兜机器振动时 常常采用多个传感器放置公机器不同部位进行检测 研兜机器振动时 常常采用多个传感器放置公机器不同部位进行检测 得到各个部位的振幅得到各个部位的振幅 值 相位值 从而画出振则图 测量方法如图值 相位值 从而画出振则图 测量方法如图 6 10 所所 示 通常 由了机械振动是由多个不同频示 通常 由了机械振动是由多个不同频 率的振动合成的 所以其波形一般率的振动合成的 所以其波形一般 表尔正弦波 可以用频谱分析仪来分析输出信号的频率分布 各对应频率的幅表尔正弦波 可以用频谱分析仪来分析输出信号的频率分布 各对应频率的幅 度 度 2 转速的测量 转速的测量 若旋转体上已另 有一条或数条槽或做成齿状 则可在旁边安装一个电涡流若旋转体上已另 有一条或数条槽或做成齿状 则可在旁边安装一个电涡流 传感器 如图传感器 如图 6 11 所示 当转轴转动时 传感器周期地改变着与旋转体表所示 当转轴转动时 传感器周期地改变着与旋转体表 面之间的距离 于是它的输出电面之间的距离 于是它的输出电 压也周期地发生变化 此脉冲压也周期地发生变化 此脉冲 http www abc 电压信号经放大 变换后 可以用频率汁测出其变化电压信号经放大 变换后 可以用频率汁测出其变化 的重复频率 的重复频率 从而测出转轴的转速 若转轴上仆 个槽从而测出转轴的转速 若转轴上仆 个槽 或齿或齿 频率计的读数为 频率计的读数为 节仰为节仰为 tlz 则转轴的转则转轴的转 速速 n 单位为单位为 r rnin 的计算公式为的计算公式为 gg 坡层厚度测量 坡层厚度测量 用电用电 涡流传感器可以测量翅料友面金届镀层的厚度 以及印刷线路板铜箔的厚度等 涡流传感器可以测量翅料友面金届镀层的厚度 以及印刷线路板铜箔的厚度等 如图如图 6 12 所示 由于存在集队效应 镀层或箔层越南 屯涡流越小 测量所示 由于存在集队效应 镀层或箔层越南 屯涡流越小 测量 创 创 uJ 先用电涡流侧厚先用电涡流侧厚 仪对标准的镀层和铜箔作出仪对标准的镀层和铜箔作出 厚度厚度 输出电压输出电压 的标的标 定曲线 以便测量定曲线 以便测量 nd 对照 对照 3 电涡流式通 电涡流式通 道安全检查门道安全检查门 我国于我国于 1981 年八始使用图年八始使用图 6 NXP 代理商监所示的汽 代理商监所示的汽 人口检测系统 可伶效地探测出枪支 人口检测系统 可伶效地探测出枪支 b 首等首等 分届武器反其他大件金属物品 分届武器反其他大件金属物品 它广泛府灼于机场 海关 钱币它广泛府灼于机场 海关 钱币 J 版狱等层蟹场所 版狱等层蟹场所 1 指示灯 指示灯 2 隐蔽的金居导体 隐蔽的金居导体 3 内藏式电涡流线圈 内藏式电涡流线圈 4 X 光及中光及中 了探测器处理了探测器处理 系统系统 L 液晶彩显液晶彩显 该安全检测门的原理如图该安全检测门的原理如图 6 14 所不 所不 Ll Lt 2 为发别线圈 均用环氧树脂浇灌 密封在为发别线圈 均用环氧树脂浇灌 密封在 门框山 川门框山 川 kH z 音频信号音频信号 现过现过 L L 在线圈周围产生同频率凶交变磁场 蜘 在线圈周围产生同频率凶交变磁场 蜘 Ln 实际广分实际广分 成成 6 个个 扁平线园 分布 扁平线园 分布 l 门两侧的上 中 下部位 形成门两侧的上 中 下部位 形成 6 个探测个探测 K 因为因为 Lil L12 与与 L 2 Ln 互互 TI 代理相垂直 呈电气正交状态代理相垂直 呈电气正交状态 v 无磁路交链刀 无磁路交链刀 o 在行合届物体退 在行合届物体退 过过 LL J L12 形成的交变磁场形成的交变磁场 HI 时 交变磁场会在该时 交变磁场会在该 金属导体农面 金属导体农面 牛电涡流 电涡流也将产 牛电涡流 电涡流也将产 生生 个新的微弱磁场个新的微弱磁场 H2 认的 认的 相位与企届导体位置 大小等有关 但与蜘相位与企届导体位置 大小等有关 但与蜘 l I n 个再厂交 个再厂交 因此盯以在因此盯以在 山 山 J 中感应出电压 计算机根据感应出电压的大小 相位来判定企届物体的中感应出电压 计算机根据感应出电压的大小 相位来判定企届物体的 大小 大小 出于个人携带的出于个人携带的 H 常用品 如皮带扣 钥匙华 眼镜架 戒指 常用品 如皮带扣 钥匙华 眼镜架 戒指 甚至断腿个的钢钉等也会引甚至断腿个的钢钉等也会引 起误报警 因此计算机还要进行复杂的逻辑判断 起误报警 因此计算机还要进行复杂的逻辑判断 才能获得既灵做义可靠 隙确纳效果 才能获得既灵做义可靠 隙确纳效果 目前多公文检门的侧面女装一台目前多公文检门的侧面女装一台 软软 X 光光 扫描仪 肖发现疑点时 可六功对人体 胶卷扫描仪 肖发现疑点时 可六功对人体 胶卷 元音的低能量狭窄元音的低能量狭窄 扇间扇间 X 削线 进行断向扫描 用软件处理的方法 合成先整的光学图像 见削线 进行断向扫描 用软件处理的方法 合成先整的光学图像 见 图图 5 13 右边显示器上的示意图 右边显示器上的示意图 在更 在更 格的安检中 还在安检门的格的安检中 还在安检门的 侧面安置能量微弱的小于发射管 对可疑刘象开启咳站侧面安置能量微弱的小于发射管 对可疑刘象开启咳站 置 让个子穿过密讨置 让个子穿过密讨 的行李也 利用质谱仪来计算出行李物品的岔氮量 以及碳 氢的精确比的行李也 利用质谱仪来计算出行李物品的岔氮量 以及碳 氢的精确比 例 例 从而判定是否为爆从而判定是否为爆 ATMEL 代理炸品代理炸品 氮含量较大氮含量较大 计算共他化学元素的比例 计算共他化学元素的比例 还可以确认商品和共他还可以确认商品和共他 物质 物质 利用电涡流传感器可以检企金届表利用电涡流传感器可以检企金届表 6f 已涂防锈漆已涂防锈漆 的裂纹以及焊接处的缺陷等 的裂纹以及焊接处的缺陷等 在探伤在探伤 中 传感器与被测导体保持距离个变 在检测过程小 出于缺陷将引中 传感器与被测导体保持距离个变 在检测过程小 出于缺陷将引 起导体电导率 磁导率的起导体电导率 磁导率的 变化 使电涡流变化 使电涡流 J 变小 从们引起输出电压灾变 变小 从们引起输出电压灾变 l 引引 6 15 是用心祸流探头检测高压输油管表面裂纹的不意图 两只导向是用心祸流探头检测高压输油管表面裂纹的不意图 两只导向 辊用耐磨 不导辊用耐磨 不导 电的聚四氟乙烯制成 亩的表而还刻有螺旋导电的聚四氟乙烯制成 亩的表而还刻有螺旋导 N 槽 并以相槽 并以相 同的方向旋转 汕管在它们的驱动同的方向旋转 汕管在它们的驱动 厂 匀速地在楔形电厂 匀速地在楔形电 yR 流探头流探头 L 方做方做 360 转动 并向前挪动转动 并向前挪动 c 探头利油管表凹进行逐点扫描 探头利油管表凹进行逐点扫描 得到阁得到阁 6 16 a 的的 输出信号 输出信号 http www ebv hk 当汕管存在裂纹时 电混流所止的路程大为增加当汕管存在裂纹时 电混流所止的路程大为增加 见闻见闻 6 贩贩 t 1 所以电涡流突然减小 输 所以电涡流突然减小 输 61 波形如图波形如图 6 16 n 小的小的 尖峰尖峰 历示 该信号十分紊乱 用肉历示 该信号十分紊乱 用肉 眼很难辨出缺陷性质 眼很难辨出缺陷性质 该信号通过带通滤该信号通过带通滤 波器 滤去表顶不平整 抖动等造成的输出异常后 得到图波器 滤去表顶不平整 抖动等造成的输出异常后 得到图 6 l 6 b 中中 的两的两 个尖峰信导 凋节电压比较器的阀值电乐 得到真正的缺陷佰号 计算机还个尖峰信导 凋节电压比较器的阀值电乐 得到真正的缺陷佰号 计算机还 uJ 以根据图以根据图 6 16 n 的信号计算电涡流探头的信号计算电涡流探头 TI 代理商线圈的阻抗 得到闯代理商线圈的阻抗 得到闯 6 16 c 所示的所示的 8 宁此瓣状阻抗图 根宁此瓣状阻抗图 根 据据 K 期积累的探伤经验 可以从该复期积累的探伤经验 可以从该复 杂的阻抗图中判断杂的阻抗图中判断 r1 裂纹的长短 深浅 走向等裂纹的长短 深浅 走向等 参数 图小的黑色边框为反参数 图小的黑色边框为反 视报警区 当视报警区 当 8 字花瓣状图形超山报警字花瓣状图形超山报警 K 时即视为超标 产生报警信号 时即视为超标 产生报警信号 电涡流探伤仪杯实际使出时会电涡流探伤仪杯实际使出时会 ATMEL 代理商受到谙多因素的影响 如环境温代理商受到谙多因素的影响 如环境温 度变化 去度变化 去 15 硬度 机械转硬度 机械转 动不均匀 抖动等 用中个吧涡流探头易受上述动不均匀 抖动等 用中个吧涡流探头易受上述 阅素影响 严重时无法分辨缺陷和裂纹 出此必阅素影响 严重时无法分辨缺陷和裂纹 出此必 须采用鼓动电路 在楔形屯须采用鼓动电路 在楔形屯 涡流探头的尖端部位设置发射线圈 在其上方的左 右两侧分别没涡流探头的尖端部位设置发射线圈 在其上方的左 右两侧分别没 量一只接量一只接 收线圈 它们的同名地相连 在没有裂纹信旱时输出厅相抵消 当裂纹进入左 收线圈 它们的同名地相连 在没有裂纹信旱时输出厅相抵消 当裂纹进入左 省接省接 受线图下力时 由于相位上有光后差别 所以信号无法抵消 受线图下力时 由于相位上有光后差别 所以信号无法抵消 j 生输出生输出 电压 这就是差动原理 电压 这就是差动原理 温漂 抖动等干扰通常是同时作用于两只屯涡流差温漂 抖动等干扰通常是同时作用于两只屯涡流差 动线圈 所以不会产牛输出信号 如果计算动线圈 所以不会产牛输出信号 如果计算 机采用机采用 相关技术相关技术 就能进 就能进 步提高分辨力 步提高分辨力 上述系统的最大特点上述系统的最大特点 ATMEL 是非接触狈是非接触狈 0 量 不磨损量 不磨损 探头 俭测速度可达每秒几米 刘机械系统稍探头 俭测速度可达每秒几米 刘机械系统稍 做改造 还可以用于 轴类 做改造 还可以用于 轴类 滚了类的缺陷检测 滚了类的缺陷检测 cjmc ddz 三三 实验设计方案实验设计方案 实验二十二实验二十二 被测体材质对电涡流传感器特性影响被测体材质对电涡流传感器特性影响 一 实验目的 了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响 了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响 二 基本原理 涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关 因此不 涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关 因此不 同的材料就会有不同的性能 同的材料就会有不同的性能 三 需用器件与单元 电涡流传感器实验模板 电涡流传感器 直流电源 三 需用器件与单元 电涡流传感器实验模板 电涡流传感器 直流电源 数显单元 测微头 铁圆片 另加铜和铝的被测体圆盘 数显单元 测微头 铁圆片 另加铜和铝的被测体圆盘 四 实验步骤 四 实验步骤 1 根据图 根据图 8 1 安装电涡流传感器 安装电涡流传感器 2 观察传感器结构 这是一个平绕线圈 观察传感器结构 这是一个平绕线圈 3 将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有 L 的两端插孔中 作为振荡器的的两端插孔中 作为振荡器的 一个元件 一个元件 4 在测微头端部装上铁质金属圆片 作为电涡流传感器的被测体 在测微头端部装上铁质金属圆片 作为电涡流传感器的被测体 5 将实验模板输出端 将实验模板输出端 Vo 与数显单元输入端与数显单元输入端 Vi 相接 数显表量程切换开关选相接 数显表量程切换开关选 择电压择电压 20V 档 档 6 用连结导线从主控台接入 用连结导线从主控台接入 15V 直流电源接到模板上标有 直流电源接到模板上标有 15V 的插孔中 的插孔中 7 使测微头与传感器线圈端部接触 开启主控箱电源开关 记下数显表读数 使测微头与传感器线圈端部接触 开启主控箱电源开关 记下数显表读数 然后每隔然后每隔 0 2mm 读一个数 直到输出几乎不变为止 将结果列入表读一个数 直到输出几乎不变为止 将结果列入表 8 1 8 将原铁圆片换成铝和铜圆片 将原铁圆片换成铝和铜圆片 9 重复实验 重复实验 1 7 步骤 进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试 分步骤 进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试 分 别记入表别记入表 8 2 和表和表 8 3 表表 8 2 被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据 四四 实验结果与分析实验结果与分析 X m m 17 116 916 716 616 416 316 115 915 7 V v 8 928 928 918 908 898 878 858 838 81 X15 515 315 114 914 714 514 3 V8 788 758 708 658608 568 53 材质铝材质铝 X mm 15 015 215 415 615 816 016 216 416 6 V v 8 728 748 788 828 868 888 898 908 91 X16 817 017 217 4 V8 928 938 948 94 材质铜材质铜 电容传感器原理及应用电容传感器原理及应用 电容传感器的工作原理是利用力学量变化使电容器中其中的一个参数发生变电容传感器的工作原理是利用力学量变化使电容器中其中的一个参数发生变 化的方法来实现信号变换的 根据改变电容器的参数不同 电容传感器可有化的方法来实现信号变换的 根据改变电容器的参数不同 电容传感器可有 3 类 类 1 改变极板遮盖面积的电容传感器改变极板遮盖面积的电容传感器 2 改变介质介电常数的电容传感器改变介质介电常数的电容传感器 3 改变极板间距离的电容传感器改变极板间距离的电容传感器 磁传感器磁传感器 磁传感器是基于电磁传感器原理传感器是基于电磁传感器原理 通过磁电相互作用将被测量通过磁电相互作用将被测量 如振动 位移 如振动 位移 转速等转速等 转换成感应电动势的传感器 它也被称为感应式传感器 电动式传感器 转换成感应电动势的传感器 它也被称为感应式传感器 电动式传感器 根据电磁感应定律 根据电磁感应定律 N N 匝线圈中的感应电动势 感应电动势的大小由磁通的变匝线圈中的感应电动势 感应电动势的大小由磁通的变 化率决定 磁通量协的变化可以通过很多办法来实现化率决定 磁通量协的变化可以通过很多办法来实现 如磁铁与线圈之间作相对如磁铁与线圈之间作相对 运动运动 磁路中磁阻变化磁路中磁阻变化 恒定磁场中线圈面积变化等 因此可以制造出不同类型恒定磁场中线圈面积变化等 因此可以制造出不同类型 的磁传感器 磁传感器是一种机一电能量变换型传感器 不需要供电电源 电的磁传感器 磁传感器是一种机一电能量变换型传感器 不需要供电电源 电 路简单 性能稳定 输出信号强 输出阻抗小 具有一定的频率响应范围 适路简单 性能稳定 输出信号强 输出阻抗小 具有一定的频率响应范围 适 合于振动 转速 扭矩等测量 但这种传感器的尺寸和重量都较大 磁电传感合于振动 转速 扭矩等测量 但这种传感器的尺寸和重量都较大 磁电传感 器由永久磁铁器由永久磁铁 磁钢磁钢 线圈 弹簧 金属骨架和壳体等组成 系统产生恒定直 线圈 弹簧 金属骨架和壳体等组成 系统产生恒定直 流磁场 磁路中工作气隙是固定不变的 因而气隙中的磁通也是恒定不变的 流磁场 磁路中工作气隙是固定不变的 因而气隙中的磁通也是恒定不变的 它们的运动部件可以是线圈 又可分为圈式或动铁式两种结构类型 恒磁通磁它们的运动部件可以是线圈 又可分为圈式或动铁式两种结构类型 恒磁通磁 传感器结构原理图磁铁与传感器壳体固定 线圈和金属骨架传感器结构原理图磁铁与传感器壳体固定 线圈和金属骨架 合称线圈组件合称线圈组件 用用 柔软弹簧支承 线圈组件与壳体固定 永久磁铁用柔软弹簧支承柔软弹簧支承 线圈组件与壳体固定 永久磁铁用柔软弹簧支承 两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼 动圈式和两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼 动圈式和 动铁式的工作原理是完全相同的 当壳体随被测振动体一起振动时 由于弹簧动铁式的工作原理是完全相同的 当壳体随被测振动体一起振动时 由于弹簧 较软 运动部件质量相对较大 因此振动频率足够高较软 运动部件质量相对较大 因此振动频率足够高 远高于传感器的固有频率远高于传感器的固有频率 时 时 运动部件的惯性很大 来不及跟随振动体一起振动 近于静止不动 振动能量运动部件的惯性很大 来不及跟随振动体一起振动 近于静止不动 振动能量 几乎全被弹簧吸收 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速几乎全被弹簧吸收 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速 度 线圈与磁铁间相对运动使线圈切割磁力线 产生与运动速度成正比的感应度 线圈与磁铁间相对运动使线圈切割磁力线 产生与运动速度成正比的感应 电动势 线圈处于工作气隙磁场中的匝数 称为工作匝数电动势 线圈处于工作气隙磁场中的匝数 称为工作匝数 工作气隙中磁感应强工作气隙中磁感应强 度度 每匝线圈的平均长度 每匝线圈的平均长度 这类传感器的基型是速度传感器 能直接测量线速度 因为速度与位移和加速这类传感器的基型是速度传感器 能直接测量线速度 因为速度与位移和加速 度之间有内在的联系 即它们之间存在着积分或微分关系 因此 如果在感应度之间有内在的联系 即它们之间存在着积分或微分关系 因此 如果在感应 电动势的测量电路中接入一电动势的测量电路中接入一积分电路积分电路 则它的输出就与位移成正比 则它的输出就与位移成正比 如果在测量如果在测量 电路中接人一微分电路 则它的输出就与运动的加速度成正比 这样 这类磁电路中接人一微分电路 则它的输出就与运动的加速度成正比 这样 这类磁 传感器就可以用来测量运动的位移或加速度 传感器就可以用来测量运动的位移或加速度 磁传感器是基于电磁传感器原理磁传感器是基于电磁传感器原理 通过磁电相互作用将被测量通过磁电相互作用将被测量 如振动 如振动 位移 转速等位移 转速等 转换成感应电动势的传感器 它也被称为感应式传感器 电动式转换成感应电动势的传感器 它也被称为感应式传感器 电动式 传感器 根据电磁感应定律 传感器 根据电磁感应定律 N N 匝线圈中的感应电动势 感应电动势的大小由匝线圈中的感应电动势 感应电动势的大小由 磁通的变化率决定 磁通量协的变化可以通过很多办法来实现磁通的变化率决定 磁通量协的变化可以通过很多办法来实现 如磁铁与线圈之如磁铁与线圈之 间作相对运动间作相对运动 磁路中磁阻变化磁路中磁阻变化 恒定磁场中线圈面积变化等 因此可以制造出恒定磁场中线圈面积变化等 因此可以制造出 不同类型的磁传感器 磁传感器是一种机一电能量变换型传感器 不需要供电不同类型的磁传感器 磁传感器是一种机一电能量变换型传感器 不需要供电 电源 电路简单 性能稳定 输出信号强 输出阻抗小 具有一定的频率响应电源 电路简单 性能稳定 输出信号强 输出阻抗小 具有一定的频率响应 范围 适合于振动 转速 扭矩等测量 但这种传感器的尺寸和重量都较大 范围 适合于振动 转速 扭矩等测量 但这种传感器的尺寸和重量都较大 磁电传感器由永久磁铁磁电传感器由永久磁铁 磁钢磁钢 线圈 弹簧 金属骨架和壳体等组成 系统产 线圈 弹簧 金属骨架和壳体等组成 系统产 生恒定直流磁场 磁路中工作气隙是固定不变的 因而气隙中的磁通也是恒定生恒定直流磁场 磁路中工作气隙是固定不变的 因而气隙中的磁通也是恒定 不变的 它们的运动部件可以是线圈 又可分为圈式或动铁式两种结构类型 不变的 它们的运动部件可以是线圈 又可分为圈式或动铁式两种结构类型 恒磁通磁传感器结构原理图磁铁与传感器壳体固定 线圈和金属骨架恒磁通磁传感器结构原理图磁铁与传感器壳体固定 线圈和金属骨架 合称线圈合称线圈 组件组件 用柔软弹簧支承 线圈组件与壳体固定 永久磁铁用柔软弹簧支承 用柔软弹簧支承 线圈组件与壳体固定 永久磁铁用柔软弹簧支承 两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼 动圈式和两者的阻尼都是由金属骨架和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼 动圈式和 动铁式的工作原理是完全相同的 当壳体随被测振动体一起振动时 由于弹簧动铁式的工作原理是完全相同的 当壳体随被测振动体一起振动时 由于弹簧 较软 运动部件质量相对较大 因此振动频率足够高较软 运动部件质量相对较大 因此振动频率足够高 远高于传感器的固有频率远高于传感器的固有频率 时 时 运动部件的惯性很大 来不及跟随振动体一起振动 近于静止不动 振动能量运动部件的惯性很大 来不及跟随振动体一起振动 近于静止不动 振动能量 几乎全被弹簧吸收 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速几乎全被弹簧吸收 永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速 度 线圈与磁铁间相对运