電渦流傳感器匯編

電渦流傳感器-II吳喆wanlingren@163.com2015年3月27日PrincipleandapplicationofsensorEddyCurrentSensor-II電渦流傳感器應(yīng)用電渦流式接近開(kāi)關(guān)Outline.....振動(dòng)測(cè)量檢波后，得到正半周，低通濾波器濾除載波后，得到被測(cè)振動(dòng)的各項(xiàng)參數(shù)：振幅、周期、頻率、失真等。用電渦流調(diào)幅法測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)，輸出為典型的調(diào)幅波形檢波二極管僅讓正半周信號(hào)通過(guò)振動(dòng)測(cè)量a）徑向振動(dòng)測(cè)量b）長(zhǎng)軸多線圈測(cè)量c）葉片振動(dòng)測(cè)量1－電渦流線圈2－被測(cè)物p92調(diào)頻法測(cè)量振動(dòng)的波形振動(dòng)測(cè)量汽輪機(jī)葉片參數(shù)的檢測(cè)

測(cè)量懸臂梁的振幅及頻率汽輪機(jī)葉片的激振測(cè)量示意圖可以用激振小錘敲擊葉片根部，利用李薩如（李沙茹）圖形法測(cè)量汽輪機(jī)葉片的共振頻率。而現(xiàn)在更多地利用計(jì)算機(jī)直接計(jì)算出振動(dòng)信號(hào)的多項(xiàng)參數(shù)。李薩如（JulesAntoineLissajous）圖形振動(dòng)傳感器的輸出接到示波器的Y軸上，信號(hào)發(fā)生器的輸出接到示波器的X軸上，示波器的光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡就是李薩如圖形。如果兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，光點(diǎn)的軌跡為一個(gè)橢圓。整數(shù)倍比例時(shí),光點(diǎn)的軌跡見(jiàn)2:1、3:1、3:2等圖形,李薩如圖形與兩個(gè)信號(hào)的相位差有關(guān)。10T

若轉(zhuǎn)軸上開(kāi)z個(gè)槽(或齒)，頻率計(jì)的讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的計(jì)算公式為

轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)速傳感器與齒輪的相對(duì)位置齒輪轉(zhuǎn)速測(cè)量的計(jì)算

例：設(shè)齒數(shù)z=48，測(cè)得頻率f=120Hz，求：該齒輪的轉(zhuǎn)速n

。解：n=60f/z=60×120÷48=7200÷48=150r/min1－電渦流線圈2－被測(cè)物電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量測(cè)量絕緣層厚度測(cè)量絕緣層厚度與測(cè)量金屬鍍層的原理是相反的。絕緣層越厚，探頭與金屬板之間的距離就越大，電渦流就越小。電渦流探頭絕緣層金屬基板五、電渦流式通道安全檢查門(mén)

安檢門(mén)的內(nèi)部設(shè)置有發(fā)射線圈和接收線圈。當(dāng)有金屬物體通過(guò)時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流，會(huì)在接收線圈中感應(yīng)出電壓，計(jì)算機(jī)根據(jù)感應(yīng)電壓的大小、相位來(lái)判定金屬物體的大小。如果采用1~6區(qū)線圈檢測(cè)技術(shù)，可以顯示報(bào)警的部位。金屬報(bào)警電渦流式通道金屬安全檢查門(mén)原理

L11、L12與L21、L22相互垂直，成電氣正交狀態(tài)，無(wú)磁路交鏈,Ｕo=0。在有金屬物體通過(guò)L11、L12形成的交變磁場(chǎng)H1時(shí)，交變磁場(chǎng)就會(huì)在該金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流。電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)新的微弱磁場(chǎng)H2。H2的相位與金屬體位置、大小等有關(guān)，但與L21、L22不再正交，因此可以在L21、L22中感應(yīng)出電壓。H2安檢門(mén)靈敏度的設(shè)定根據(jù)人體基本結(jié)構(gòu)，將安檢門(mén)劃分為6個(gè)探測(cè)區(qū)域，可進(jìn)行100級(jí)靈敏度的調(diào)整，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用狀況，預(yù)先設(shè)定靈敏度的級(jí)別。最高靈敏度可探測(cè)到一枚回形針大小的金屬?？筛鶕?jù)實(shí)際使用情況預(yù)先設(shè)定金屬物品的可能部位及體積、重量、大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)撵`敏度調(diào)節(jié),排除皮帶扣、鑰匙、首飾、硬幣等物品的誤報(bào)電渦流表面探傷

Eddycurrentsaredistortedbythecrack,thischangesthemagneticfieldoftheeddycurrentsfromH'B

toH'C

therebychangingtheloadingonthecoil.Thecoilimpedancechangesto

Zcrack.手持式裂紋測(cè)量?jī)x油管探傷軸承滾子渦流探傷機(jī)軸承滾子渦流探傷機(jī)是由計(jì)算機(jī)控制的軸承滾子表面微裂紋探傷的專用設(shè)備，可探出深30μm的表面微小裂紋。渦流探傷儀花瓣阻抗圖掌上型

電渦流

探傷儀臺(tái)式電渦流探傷儀電渦流式（電感式）接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)又稱無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。它能在一定的距離（幾毫米至幾十毫米）內(nèi)檢測(cè)有無(wú)物體靠近。當(dāng)物體與其接近到設(shè)定距離時(shí)，就可以發(fā)出“動(dòng)作”信號(hào)。

接近開(kāi)關(guān)的核心部分是“感辨頭”，也稱探頭，它對(duì)正在接近的物體有很高的感辨能力。

接近開(kāi)關(guān)外形接近開(kāi)關(guān)與機(jī)械行程開(kāi)關(guān)的比較

1）非接觸檢測(cè)，不影響被測(cè)物的運(yùn)行工況。2）定位準(zhǔn)確度高。3）不產(chǎn)生機(jī)械磨損和疲勞損傷，耐腐蝕，動(dòng)作頻率高，工作壽命長(zhǎng)。4）響應(yīng)快，約幾毫秒至十幾毫秒。5）采用全密封結(jié)構(gòu)，防潮、防塵性能較好，工作可靠性強(qiáng)。6）無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花、無(wú)噪聲，可適用于要求防爆的場(chǎng)合（防爆型）。7）易于與計(jì)算機(jī)或PLC等接口。8）體積小，安裝、調(diào)整方便。（9）缺點(diǎn)是“觸點(diǎn)”容量較小，負(fù)載短路時(shí)容易燒毀。機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)類似小型繼電器的觸點(diǎn)，有常開(kāi)和常閉，電流一般不能超過(guò)2A。OC門(mén)作為輸出開(kāi)關(guān)，電流在200mA級(jí)以下，只能拖動(dòng)小型信號(hào)繼電器有源型接近開(kāi)關(guān)接近開(kāi)關(guān)的主要性能指標(biāo)

（1）動(dòng)作距離：當(dāng)被測(cè)物由正面靠近接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面時(shí)，使接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作（輸出狀態(tài)變?yōu)橛行顟B(tài)）的距離δmin（mm）。（2）復(fù)位距離：當(dāng)被測(cè)物由正面離開(kāi)接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面，接近開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)為復(fù)位時(shí)，被測(cè)物離開(kāi)感應(yīng)面的距離δmax。（3）動(dòng)作滯差：復(fù)位距離與動(dòng)作距離之差。動(dòng)作滯差越大，對(duì)抗被測(cè)物抖動(dòng)等造成的機(jī)械振動(dòng)干擾的能力就強(qiáng)，但動(dòng)作準(zhǔn)確度就越差。（4）額定工作距離：額定工作距離指接近開(kāi)關(guān)在實(shí)際使用中被設(shè)定的安裝距離。在此距離內(nèi)，接近開(kāi)關(guān)不應(yīng)受溫度變化、電源波動(dòng)等外界干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作。額定工作距離應(yīng)小于動(dòng)作距離，但是若設(shè)置得太小，有可能無(wú)法復(fù)位。實(shí)際應(yīng)用中，考慮到各方面環(huán)境因素干擾的影響，較為可靠的額定工作距離約為動(dòng)作距離的75%。接近開(kāi)關(guān)的主要性能指標(biāo)（續(xù)）（5）重復(fù)定位準(zhǔn)確度(重復(fù)性)：表征多次測(cè)量的最大動(dòng)作距離平均值。其數(shù)值的離散性的大小一般為最大動(dòng)作距離的1%～5%。離散性越小，重復(fù)定位準(zhǔn)確度越高。（6）動(dòng)作頻率：每秒連續(xù)不斷地進(jìn)入接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作距離后又離開(kāi)的被測(cè)物個(gè)數(shù)或次數(shù)稱為動(dòng)作頻率。若接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作頻率太低而被測(cè)物又運(yùn)動(dòng)得太快時(shí)，接近開(kāi)關(guān)就來(lái)不及響應(yīng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有可能造成漏檢。電渦流接近開(kāi)關(guān)的工作原理電渦流接近開(kāi)關(guān)由LC高頻振蕩器和放大調(diào)理等電路組成，金屬物體在接近辨頭時(shí)，表面產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，使接近開(kāi)關(guān)振蕩頻率或振蕩幅度發(fā)生變化，由內(nèi)部電路處理后，輸出對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)量，由此識(shí)別出有無(wú)金屬物體接近，進(jìn)而控制外電路的通或斷。電渦流接近開(kāi)關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是導(dǎo)電性能良好的金屬物體。調(diào)幅式電渦流接近開(kāi)關(guān)原理框圖調(diào)幅式檢測(cè)電路：以輸出高頻信號(hào)的幅度來(lái)反映電渦流探頭與被測(cè)金屬導(dǎo)體之間的關(guān)系。當(dāng)被測(cè)金屬與接近開(kāi)關(guān)探頭的距離小于設(shè)定值時(shí)，振蕩電路停振。有的位移傳感器同時(shí)具備兩種動(dòng)輸出狀態(tài)，可選擇從高電壓向低電壓轉(zhuǎn)變、和從低電壓向高電壓轉(zhuǎn)變兩種方式，分別稱為NPN和PNP輸出模式，俗稱為常開(kāi)輸出或常閉輸出模式。四線制接近開(kāi)關(guān)的接線說(shuō)明輸出狀態(tài)：常開(kāi)/常閉型接近開(kāi)關(guān)當(dāng)無(wú)檢測(cè)物體時(shí)，對(duì)常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)而言，由于接近開(kāi)關(guān)內(nèi)部的輸出晶體管截止，所接的負(fù)載不工作（失電）；當(dāng)檢測(cè)到物體時(shí)，內(nèi)部的輸出級(jí)NPN晶體管導(dǎo)通，負(fù)載得電工作。對(duì)常閉型接近開(kāi)關(guān)而言，當(dāng)未檢測(cè)到物體時(shí)，輸出級(jí)的PNP晶體管與VCC導(dǎo)通狀態(tài)，接地的負(fù)載得電工作；反之則負(fù)載失電。NPN二線，NPN三線，NPN四線，PNP二線，PNP三線，PNP四線，DC二線，AC二線，AC五線（帶繼電器）等幾種。NPN三線制接近開(kāi)關(guān)的接線負(fù)載負(fù)載藍(lán)藍(lán)藍(lán)藍(lán)導(dǎo)通壓降：接近開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)內(nèi)部的輸出三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓降。額定工作電流時(shí)，導(dǎo)通壓降約為0.3V。0.3V三線制NPN常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)舉例OUT端與GND端的壓降Uces約為0.3V，流過(guò)KA的電流：IKA=(VCC-0.3)/RKA若IKA大于KA的額定吸合電流，則KA能夠可靠吸合。

a）三線制接近開(kāi)關(guān)原理框圖b）NPN、OC門(mén)常開(kāi)輸出電路

c）NPN型接近開(kāi)關(guān)的特性NPN常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)的施密特特性

當(dāng)被測(cè)物體未靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)，UB=0，OC門(mén)的基極電流IB=0，OC門(mén)截止，OUT端為高阻態(tài)（接入負(fù)載后為接近電源電壓的高電平）；當(dāng)被測(cè)體逐漸靠近，到達(dá)動(dòng)作距離δmin時(shí)，OC門(mén)的輸出端對(duì)地導(dǎo)通，OUT端對(duì)地為低電平（約0.3V）。

當(dāng)被測(cè)物體逐漸遠(yuǎn)離接近開(kāi)關(guān),到達(dá)復(fù)位距離δmax時(shí),OC門(mén)再次截止,KA失電。Δδ為接近開(kāi)關(guān)的動(dòng)作滯差（也稱為“回差”）。

NPN常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)的施密特特性舉例當(dāng)金屬工件從遠(yuǎn)處逐漸向接近開(kāi)關(guān)靠近，到達(dá)δmin位置（5mm）時(shí)，開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出低電平。要想讓它翻轉(zhuǎn)回到高電平，則需要讓工件倒退Δδ的距離，即：大于δmax的位置，7mm。Δδ大大超過(guò)抖動(dòng)造成的倒退量，所以接近開(kāi)關(guān)一旦動(dòng)作，微小的干擾是無(wú)法讓其復(fù)位的。

NPN常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)的施密特特性列表.距離/mm∞6.97.1∞電平狀態(tài)高電平高電平低電平低電平低電平高電平高電平PNP常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)的電路

PNP型接近開(kāi)關(guān)稱為電流流出型開(kāi)關(guān)，當(dāng)被測(cè)物體未靠近接近開(kāi)關(guān)時(shí)，PNP晶體管（OC門(mén)）截止，OUT端為高阻態(tài)（懸空），接了負(fù)載后，與地線等電位，負(fù)載兩端沒(méi)有電壓差；

當(dāng)被測(cè)物體逐漸靠近，到達(dá)動(dòng)作距離δmin時(shí)，PNP型晶體管導(dǎo)通，輸出端相當(dāng)于接到電源Vcc，OUT端對(duì)地為高電平(約Vcc-0.3V)。PNP常開(kāi)型接近開(kāi)關(guān)的接線

PNP型接近開(kāi)關(guān)的負(fù)載（KA）接在地線和OUT端之間。當(dāng)被測(cè)體逐漸靠近，到達(dá)動(dòng)作距離δmin時(shí)，PNP型晶體管導(dǎo)通，輸出端相當(dāng)于接到電源Vcc，OUT端對(duì)地為高電平(約Vcc-0.3V)，