傳感器技術實驗指導書

1、實驗四電渦流傳感器位移特性實驗一、實驗目的：1、了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。2、了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。3、了解電渦流傳感器位移特性與被測體的形狀和尺寸有關。二、基本原理：電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應原理上的傳感器。電渦流式傳感器由傳感器 線圈和被測物體（導電體金屬渦流片）組成，如圖4-1 所示。根據電磁感應原理，傳感器線圈（一個扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一般為 1MHz2MHz）I 時，線1圈周圍空間會產生交變磁場H ，當線圈平面靠近某一導體面時，由于線圈磁通鏈穿過導1體，使導體的表面層感應出呈旋渦狀自行閉合的電流 I ，而 I 所形成的磁通

2、鏈又穿過傳感22器線圈，這樣線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感，從而導致傳感器線圈的阻抗Z 發(fā)生變化。我們可以把被測導體上形成的電渦等效成一個短路環(huán)，這樣就可得到如圖4-2的等效電路。圖中RL 為傳感器線圈的電阻和電感。短11環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻為R 、電感為L 。線圈與導體間存在一個互感M，它隨22線圈與導體間距的減小而增大。4-14-2根據等效電路可列出電路方程組：通過解方程組，可得I 、I 。因此傳感器線圈的復阻抗為：12線圈的等效電感為：線圈的等效Q 值為：QQ01-( 2)1+(R 2)212212式中：Q無渦流影響下線圈的值，Q R；00

3、1122+ 2L2。2222L 和式可以看出，線圈與金屬導體系統(tǒng)的阻抗、電感L 和品質因數(shù)值都是該系屬導體間距離x(H)的非線性函數(shù)。因此、均是的非線性函數(shù)。雖然它整個函數(shù) 是S、 的x （前置器、的變化轉化成電壓或電流的變化輸出。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間 距而變化，電渦流傳感器就是根據這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。為實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量電路。這一測量電路（也稱電渦流變換器4-3圖4-3電渦流位移特性實驗原理框圖根據電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測體間的距離變換為傳感器的Q 值、等效阻抗Z 和等效電感L 三個參數(shù)，用相應的測量電路（前

4、置器）來測量。本實驗的渦流變換器為變頻調幅式測量電路4-4Q1、C1、C2、C3 組成電容三點式振蕩器，產生頻率為1MHz 左右的正弦載波信號。電渦流Q、C5、L2、C6 組成了由二極管和 LC 形成的 組成射極跟隨器。射極跟隨器的作用是輸入、輸出匹配以獲得盡可能大的不失真輸出的幅度值。（導電體（從10Hf00為定值且最高，對應的檢波輸出電壓Vo 最大。當被測導體接近傳感器線圈時，線圈Q 諧振頻率發(fā)生變化，諧振曲線變得平坦，檢波出的幅值Vo Vo 變化反映了位移化。電渦流傳感器在位移、振動、轉速、探傷、厚度測量上得到應用。圖 4-4 電渦流變換器原理圖與面板被測體1、被測體、測微頭、主板FV四

5、、實驗步驟：1、電渦流傳感器測量位移實驗：觀察傳感器結構，這是一個平繞線圈。調節(jié)測微頭初始位置的刻度值為5mm 處， 按圖 4-5 安裝測微頭、被測體（鐵圓片、電渦流傳感器（注意安裝順序：先將測微頭的安釘）并按圖接線。圖 4-5 電渦流傳感器安裝、按線示意圖將電壓表）量程切換開關切換到20V0.1mmVo4-1（在輸入端可接示波器觀測振蕩波形）X（mm）X（mm）Vo(V)4-1VX（可用最小二乘法或其它擬合直線。實驗完畢，關閉所有電源。2、被測體材料對電渦流傳感器性能的影響：電渦流傳感器在被測體上產生的渦流效應與被測導體本身的電阻率和磁導率有關不同的材料就會有不同的性能。將被測體鐵圓片換成銅

6、和鋁圓片，實驗方法與步驟同上。按上一實驗，將數(shù)據列入表4-24-3。X（mm）VX（mm）Vo(V)X（mm）VX（mm）Vo(V)線性度。實驗完畢，關閉電源。3、被測體面積大小對電渦流傳感器特性的影響：感器線圈平面并進行位移標定后測量。實驗方法、步驟與上一相同，參閱上一實驗。4-4。X（mm）X（mm）1（大）2（?。?-4 數(shù)據在同一坐標上畫出VX同線性范圍內的線性度。實驗完畢，關閉電源。實驗六線性霍爾式傳感器位移特性實驗一、實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。（或以磁場為媒體6-1（帶正電的載流子）所示，把一塊寬為b， d B的磁場中，并在導電板中通以縱向電流I，此時在板圖 6-1 霍

7、爾效應原理的橫向兩側面A , A 之間就呈現(xiàn)出一定的電勢這一現(xiàn)象稱為霍爾效應（霍爾效應可以洛倫茲力來解釋，所產生的電勢差U稱霍爾電壓?；魻栃臄?shù)學表達式為：HIBU RHH dK IBH式中：R -1(ne)是由半導體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；HK R d 靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質和幾何尺寸有關。HH具有上述霍爾效應的組件稱為霍爾組件，霍爾組件大多采用N 型半導體材料（金屬材料中自由電子濃度很高，因此R很小，使輸出U極小，不宜作霍爾組件，厚度d 只有1mHH左右。高、壽命長、功耗低、負載能力強以及使用方便等等優(yōu)點。本實驗采用的霍爾式位移（小位移 12）傳感器是由線性霍

8、爾組件、永久磁鋼爾式位移傳感器的工作原理和實驗電路原理如圖6-2(a)(b)這個位置為位移的零點，即，因磁感應強度，故輸出電壓U 。當霍爾組H件沿軸有位移時，由于，則有一電壓U輸出經差動放大器放大輸出為V。HHV 與有一一對應的特性關系。(b)實驗電路原理圖 6-2 霍爾式位移傳感器工作原理圖注意：線性霍爾組件有四個引線端。涂黑二端1(Vs+)3(Vs-)是電源輸入激勵端，另外二 個 2(Vo+)4(Vo-)件就損壞。三、需用器件與單元：機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、霍爾傳感器、測微頭；主板 FV 表、4V、霍爾、電橋、差動放大器。四、實驗步驟：1、差動放大器調零：按圖6-3 示意接線，電壓表 表）量程切換開關打到2V圖 6-3 差動放大器調零接線圖2(0.01mm/010mm。按圖 6-4圖 6-4 線性霍爾傳感器(直流激勵)位移特性實驗安裝與接線示意圖3、松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套，使PCB 板（霍爾組件）W1 電位器，使電壓表顯示。4、使用測微頭時，當來回調節(jié)微分筒使測桿產生位移的過程中本身存在機械回程差， 為消除這種機械回差可用單行程位移方法實驗：順時針調節(jié)測微頭的微分筒3 周，記錄電壓表讀數(shù)（大約在 1.6V1.8V 左右）作為位移起點。以后，反方向(逆時針方向)調節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，每隔X=0.1mm(總位移可