传感器章变磁阻式

1、传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度传感器技术及应用传感器技术及应用机械机械0820102011第二学期第二学期2011年年3月月传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等

2、效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度 3.5 3.5 电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理：利用电涡流效应进行：利用电涡流效应进行工作。工作。优点优点：结构简单、灵敏度高、频：结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响范围宽、不受油污等介质的影响，能进行非接触测量。响，能进行非接触测量。应用应用：位移、振动、厚度、转速、：位移、

3、振动、厚度、转速、温度、硬度等参数测量，无损探温度、硬度等参数测量，无损探伤。伤。 传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度3.5.1 3.5.1 工作原理工作原理 l通以交变电流通以交变电流 i i1 1 的传感器的传感器线圈，其周围产生一个

4、交变线圈，其周围产生一个交变磁场磁场H1。l使该磁场范围内的被测导体使该磁场范围内的被测导体内产生电涡流内产生电涡流 i i2 2 li i2 2将产生一个新磁场将产生一个新磁场H2H2与与H1方向相反，力图削弱原磁场方向相反，力图削弱原磁场H1,从而导致线圈的电感从而导致线圈的电感L L 、阻抗、阻抗 Z Z 和品和品质因数质因数 Q Q 发生变化。发生变化。传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测

5、量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度等效电路等效电路分析分析l解之得：022221121111ILjIRIMjUIMjILjIR2222221222222111LLRMLjRLRMRUI2222121222212LRIMRjILMLjRIMjI11ZU列电压平列电压平衡方程：衡方程：传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原

6、理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度等效阻抗等效阻抗Z受涡电流影响后线圈的阻抗受涡电流影响后线圈的阻抗Zl由于涡电流影响，线圈阻抗实部增大，虚由于涡电流影响，线圈阻抗实部增大，虚部减小，变化部分称为部减小，变化部分称为“反射阻抗反射阻抗”。与与互感系数互感系数M的平方成正比。的平方成正比。22222212222221LRMLLjLRMRRZ222222LRZLjRLLjRR11其中被测导体短路环的阻抗：其中被测导体短路环的阻抗：

7、2222122221MZLLjMZRRZ传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度受涡电流影响，受涡电流影响，Q下降下降l线圈的品质因数线圈的品质因数Q11011111111RRLLQRRLLRLRLQ22222221LRMLLL线圈的等效电感线

8、圈的等效电感L传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度单一材料单一材料AlRSlWL2导体导体几何形状（几何形状（S，A）材质：材质： ， 线圈电感线圈电感L线圈阻抗线圈阻抗Z线圈品质因数线圈品质因数Q电流的频率电流的频率“线圈线圈- -金属导

9、体金属导体”耦耦合合两者间距离两者间距离 x互感系数互感系数M，磁路磁路Rm线圈的几何参数线圈的几何参数W，S，l参数之间的关系参数之间的关系传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度导体导体几何形状（几何形状（S，A）材质：材质： ， 线圈电感

10、线圈电感L线圈阻抗线圈阻抗Z品质因数品质因数Q测距测距探伤探伤材质检测材质检测测厚测厚距离距离 x被测量被测量测量原理：测量原理：控制其中某一个参数改变，余者控制其中某一个参数改变，余者皆不变，就能构成测量该参数的传感器皆不变，就能构成测量该参数的传感器电桥电路电桥电路谐振电路谐振电路Q值测试电路值测试电路传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频

11、调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度3.5.2 电涡流传感器结构类型电涡流传感器结构类型1、反射式、反射式对被测体的要求对被测体的要求电导率高电导率高磁导率低磁导率低传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移

12、测位移测厚度测厚度测温度测温度2、透射式、透射式l组成：发射线圈L1，接收线圈L2l金属板材工件厚hl低频激励电压U1，频率fl利用感应电压U2测量板厚测量板厚htheU/2hU20若两线圈间无金属导体，L1的磁场能直接贯穿L2.感应电压U2最大。传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传

13、感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度电涡流贯穿深度电涡流贯穿深度l测量厚板时，采用低频激励（1kHz左右）l贯穿深度t较大，线性好ft/t1t2t3t1t2t3hU2l薄板测量时，宜采用较高频率激励l贯穿深度t较小，曲线斜率较大，灵敏度高传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感

14、器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度3.5.3 测量电路测量电路lLRC电路scvviRdtdiLcCvq dtdvCdtdqicscccvvLCdtdvLRdtvd122scccvvdtdvRCdtvdLC22tVvscos0传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移

15、测位移测厚度测厚度测温度测温度l电抗Xl阻抗Zl谐振X=0scccvvLCdtdvLRdtvd122tCLRVdtdviccos1220iLC10LRB)1(CLj221CLRZ传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度3.5.3 测量电路测量电

16、路l定频调幅电路定频调幅电路l无工件时处于谐振，无工件时处于谐振，U0l接近工件时，回路失谐传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度传感器接入振荡器传感器接入振荡器l无工件时，处于最佳Q值l测量时，L变化，谐振频率变化，品质因数Q降低输出电压输

17、出电压变频调幅变频调幅输出频率输出频率变频电路变频电路传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度3.5.4 涡电流式传感器的应用涡电流式传感器的应用1、测位移、测位移传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流

18、式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度2、侧厚度3、测温度、测温度工作原理：被测导体的电阻率工作原理：被测导体的电阻率随温度变化。随温度变化。传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质因数品质因数Q测量原理测量原理结构类型结构类型反射式反射式透射式透射式测量电路测量电路RLC电路电路定频调幅电路定频调幅电路变频调幅电路变频调幅电路调频电路调频电路电涡流传感器应用电涡流传感器应用测位移测位移测厚度测厚度测温度测温度电电涡涡流流传传感感器器产产品品l大量电涡流程传感器大量电涡流程传感器l直径直径50mm、60mm电涡流，电涡流，l量程可达量程可达25mm、50mm传感器技术及应用传感器技术及应用第第3章章 变磁阻式变磁阻式电涡流式传感器电涡流式传感器 工作原理工作原理 等效电路等效电路等效阻抗等效阻抗Z等效电感等效电感L品质