电涡流位移检测技术.
传感器与检测技术电涡流式传感器
08 电涡流探雷器——电涡流式传感器的测试项目描述•为排除地表下埋入的地雷，战士们常用便携式探雷器来探测地表，当探雷器探测到地表下的地雷时就会发出报警提示信号，然后进行排除地雷，如图8-1 所示。
•便携式探雷器是利用电涡流效应原理来工作的，所以又叫电涡流探雷器。
这种探测器除了用于探测地雷，还被广泛运用在机场安检用的金属安检门、探钉器、手持金属探测器、考古用的地下金属探测器等，虽然这些探测器并不叫探雷器，但是它的工作原理和用途都跟探雷器是一样的。
•通过本项目的学习，主要给大家介绍电涡流式探测器（电涡流式传感器）的工作原理及相关传感器。
4知识准备•（一）电涡流传感器工作原理• 1.电涡流效应•根据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切割磁力线运动时, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。
——电涡流在我们日常生活中应用干净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理图高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。
»2．电涡流传感器的等效电路和工作原理•（1）等效电路•（2）工作原理•电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关，又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率ω有关，还与线圈与导体间的距离x有关。
因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为•Z=F（ρ, μ, R,ω, x）•如果保持上式中其他参数不变，而只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。
通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。
（二）电涡流基本特性• 1. 电涡流的径向形成范围•当x一定时, 电涡流密度J与半径r的关系曲线•由图可知：•电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径r as 的1.8～2.5 倍范围内, 且分布不均匀。
•电涡流密度在短路环半径r =0处为零。
电涡流式振动位移传感器检定技术的研究的研究报告
电涡流式振动位移传感器检定技术的研究的研究报告电涡流式振动位移传感器是工业监测中非常常见的一种传感器设备，其可以测量物体在振动时的位移大小，是保证机械设备正常运行的重要组成部分。
然而，由于各种原因，电涡流式振动位移传感器的精度有时会出现问题。
因此，本研究旨在探索电涡流式振动位移传感器检定技术，以确保其精度和可靠性。
一、研究背景在工业中，往往需要进行大量的实验和监测才能确定一个工业设备的正常运行状态。
电涡流式振动位移传感器作为一种非接触式的位移测量技术，被广泛应用于各种机械设备中。
然而，长期使用后，电涡流式振动位移传感器的精度容易受到机械震动、温度变化等因素的影响，进而导致测量数据不准确，给实验样品造成误差。
因此，科学家们成立了一支研究团队，针对电涡流式振动位移传感器进行深入研究，致力于提升检定技术，以保证其精确性和可靠性。
二、研究方法在研究方法方面，本研究主要采用了实验室实物验证和数学模型分析相结合的方法：1. 实验室实物验证在实验室中，我们选取了5台不同设备的电涡流式振动位移传感器进行比对，首先对这5台传感器进行基本的检测和调整，并对其灵敏度、简化误差、标称输出电压等进行详细的分析。
然后，我们通过振动模拟实验对这5台传感器进行比对。
首先，我们制作了一个铝板，并在其表面装配了5个不同的测试标准件，在其表面产生不同的振动状态，并通过传感器记录实验数据。
实验数据记录完成后，我们进行了数据分析、简化误差、调整后发现实验数据的最大差异为12.1％，平均差异为 6.8％，证明了实验室实物验证的有效性。
2. 数学模型分析基于电涡流式振动位移传感器的工作原理，我们考虑采用数学模型对传感器进行分析和优化。
我们建立了一个简单的数学模型来描述传感器的振动响应。
利用这个模型，我们可以计算传感器的理论输出电压，进而对其进行检测和调整。
三、研究结果通过对数学模型分析和实验室实物验证，我们得出了如下研究结论：1. 电涡流式振动位移传感器的灵敏度和简化误差是影响其精度的主要因素。
电涡流传感器位移特性实验报告
电涡流传感器位移特性实验报告
一、实验目的
通过实验研究电涡流传感器的位移特性，了解电涡流传感器的工作原理和应用范围。
二、实验原理
三、实验器材
1.电涡流传感器
2.信号发生器
3.示波器
4.金属样品
四、实验步骤
1.将电涡流传感器固定在实验台上，将金属样品放在传感器的检测区域内。
2.连接信号发生器和示波器，设置合适的频率和电压。
3.逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频率和示波器显示的波形变化。
4.记录金属样品位移和传感器输出信号的对应关系。
五、实验结果
在实验中，我们逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频
率和示波器显示的波形变化。
根据实验结果，可以得到金属样品的位移和
传感器输出信号的对应关系。
六、实验讨论
通过实验，我们发现位移增加时，传感器输出信号的频率也相应增加。
这是因为金属样品位移增加时，电涡流的密度和分布发生变化，导致传感
器测量到的电磁感应信号频率发生变化。
七、实验结论
通过本次实验，我们了解了电涡流传感器的位移特性，得到了金属样
品位移和传感器输出信号的对应关系。
电涡流传感器可以通过测量金属物
体表面电涡流的变化来检测金属物体位移，具有广泛的应用前景。
八、实验感想。
电涡流传感器系列实验
电涡流传感器系列实验实验一：电涡流传感器的静态标定摘要：电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗乙而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关, 将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
①1 实验目的了解电涡流式传感器的原理及工作性能2实验所用仪器设备涡流变换器、F/V 表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主副电源②3 实验原理通以高频电流的线圈产生磁场，当有导体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体的材料以及和线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
②4实验步骤(1)装载好传感器(2)连接电路，电压表置于20V档，开启主副电源(3)用示波器观察涡流变换器的输入端波形(4)调节传感器的高度值，改变高度，记下示波器及电压表的示数5实验结果与分析⑴涡流变换器输入端的波形为正弦波，示波器的时基为口s/cm⑵改变传感器的高度值，记录电压表示数，记录如下表由曲线，我们可以得到灵敏度为K==mm由此可以看到涡流传感器灵敏度高，分辨力高。
6实验心得与建议该涡流传感器测量灵敏度高，分辨力高，线性度也很好，在涉及到一些导体的位置、位移等相关测量时，使用涡流传感器可以很好的实现不接触测量。
而且电涡流传感器利用的是涡流效应，可以利用其进行导体内部的一些性质。
7思考拓展1位移传感器的静态自动标定与实验研究传感器作为自动控制系统和信息系统的关键器件其技术水平直接影响自动化系统和信息系统的整体水平。
自动化技术水平越高对传感器技术依赖程度越大，传感器产业以其技术含量高，渗透能力强，经济效益好，市场前景广等优点被公认为是国内外具有发展前途的高技术产业，受到全社会的瞩目。
全世界约有40 个国家从事传感器器件的研制生产和应用开发工作，其中以日俄美等国实力较强，他们创建了化学量物理量生物量三大门类的传感器产业生产研发单位5000 余家，产品20000 多种，并且已对应用范围较广的产品进行了规模化生产。
自动检测技术及应用第四章电涡流传感器
圈周围产生交变磁场Φ 。如果将线圈靠近一块金
属导体，金属导体表面就产生电涡流i2。i2在金 属导体的纵深方向并不是均匀分布的，而只集中 在金属导体的表面，这称为趋肤效应。
交变磁场的频率f 越高，电涡流的渗透深度 就越浅，趋肤效应越严重。可以利用趋肤效应 来控制非电量的检测深度。
电涡流位移传感器的标定
在标定区域里，共设置多个测量点。首先调节千分 尺的读数为0.000mm。旋松探头夹具的调节螺母，使 探头与试件刚好接触，计算机测得探头绝对零位的输 出电压。然后旋动千分尺，使试件缓慢离开探头，每 隔设定的位移（例如0.8mm），测量电涡流传感器的 输出电压。
电涡流位移传感器的标定过程示意图
电涡流位移传感器的应用
电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例 如金属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁 导率、表面因素、距离等，因此电涡流传感器 的应用领域十分广泛，但也同时带来许多不确 定因素，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定性测 量。 在用作定量测量时，必须采用逐点标定、 计算机线性纠正、温度补偿等措施。
圆形导线中的电缆电流趋肤效应示意图
a）直流电流时的均匀分布 b）中频电流时中心部位电密度减小 c）高频电流时，电流线趋向表面分布
二、电涡流线圈等效阻抗分析
设电涡流线圈在高频时的等效电阻为R1（大 于直流电阻），电感为L1。当有被测导体靠近 电涡流线圈时，则被测导体等效为一个短路环， 电涡流线圈L1与导体之间存在一个互感M。互 感随线圈与导体之间距离的减小而增大。
ΔUo或Δf，可以计算出与被检测物体的距离、振 动频率等参数。电涡流位移传感器属于非接触
涡流检测新技术
涡流检测新技术电磁涡流检测新技术主要有：1.1柔性阵列涡流传感器技术阵列涡流(Arrays Eddy Current, AED)传感器测试技术的研究始于2O世纪80年代中期，在20世纪80年代末到90年代初，出现了一批电涡流阵列测试方面的文献和专利。
近十年来，随着传感器技术的发展以及加工工艺技术水平的提高，电涡流传感器阵列测试的研究和应用得到极大的发展，不仅用来测量大面积金属表面的位移，而且由于具有同时检测多个方向缺陷的优点，被广泛应用于金属焊缝的检测，飞行器金属部件的疲劳、老化和腐蚀检测，涡轮机、蒸气发生器、热交换器以及压力容器管道等的无损检测中。
阵列式涡流检测探头是将很多小探头线圈按特定的结构类型密布在敞开或封闭的平面或曲面上构成阵列。
工作是采用电子学的方法按照设定的逻辑程序，对阵列单元进行实时/分时切换。
将各单元获取的涡流响应信号接入专用仪器的信号处理系统中去，完成一个阵列的巡回检测，阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当与传统的单个涡流检测探头对部件受检面的反复往返步进扫描的检测过程。
对于高分辨率的大面积涡流检测，阵列式涡流检测探头明显比传统的扫描探头更具优势，阵列式涡流检测探头在检测时，其涡流信号的响应时间极短，只需激励信号的几个周期，而在高频时主要由信号处理系统的响应时间决定。
因此，阵列式涡流检测探头的单元切换速度可以很快，这一点是传统探头的手动或机械扫描系统所无法比拟的。
此外，传感器阵列的结构形式灵活多样，可以非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测，而且这种发射/接收线圈的布局模式成倍的提高了对材料的检测渗透深度，因此，阵列式传感器的研究成为当前传感器技术研究中的重要内容和发展方向。
我国对于阵列涡流传感器技术的研究始于近年，清华大学、吉林大学、国防科技大学等单位发表了多篇关于涡流传感器阵列测试技术的研究文章;爱德森(厦门)电子有限公司则研制出工作频率为50KHZ—2MHZ、有效扫描宽度为55mm、双阵列、反射自旋式，用于铝合金板检测的阵列涡流传感器。
《传感器及检测技术》实验4 电涡流传感器实验
实验四电涡流传感器实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、铜圆盘、两个不同尺寸的铝盘，电涡流变换器、测微头、数显直流电压表；三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图4-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。
涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
图 4-1电涡流变换器原理图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。
在实际应用中，由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。
四、实验内容与步骤（1）位移特性实验1．按图4-2 安装电涡流传感器。
图4-2 电涡流传感器安装示意图2．在测微头端部固定上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。
调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头,涡流传感器连接线接至相应的电涡流插座中。
3．按图4-3，将底面板上电涡流传感器连接到涡流变换器上标有“”的两端，涡流变换器输出端接直流数显电压表。
电压表量程切换开关选择20V 档。
图4-3 电涡流传感器接线图4．打开实验台直流电源开关，记下直流电压表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将结果列入下表4-1。
（2）被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验1．将电涡流传感器安装到传感器固定架上。
2．重复电涡流位移特性实验的步骤，将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。
金属圆盘紧贴电涡流传感器探头时，输出电压铁<铜<铝。
将实验资料分别记入下面表4-2、表4-3。
表4-2 铜质材料3．重复电涡流位移特性实验的步骤，将被测体换成比体积较小的铝质被测体，将实验数据记入下表4-4。
电容式与电涡流式的区别
电容式传感器为非接触式测量仪器，能够对任何导电目标的位置和/或位置变化进行高分辨率测量。
高性能电容式传感器的纳米级分辨率使其成为目前纳米技术领域不可或缺的产品。
另外，还可将其用于测量非导电目标的位置或其他特性。
特点：
1）输入能量小而灵敏度高。
2）精度高达0.01%
3）动态特性好，适合测量动态参数
4）能量损耗小
5）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）
缺点：电缆分布电容影响大。
集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响。
电涡流传感器为非接触式测量仪器，能够对任何导电目标的位置及/或位置变化进行高分辨率测量。
电涡流传感器亦称为电感式传感器，“电涡流”一般指高精度位移测量工具（或无损检测探头），“电感”指廉价的引发开关。
电涡流传感器的高分辨率和对脏乱环境的耐受性使其成为在当今的现代化工业运营中必不可缺的工具。
特点：
1）非接触测量，不易受油液介质影响；
2）结构简单，使用方便，灵敏度高，最高分辨率达0.05微米；
3）频率响应范围宽（0~10kHz），适合动态测量。
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电容式位移传 感器线性化
电容式位移传感器线性化
capaNCDT620 出厂时按金属材料校准好 ，当使用特殊的材料或者复杂的零件作为被 测体时，用户可以调整“零位”和“放大倍 数”电位器校准。对于被测体是绝缘材料时 ，须用3点校准法校准，3个间距是1=零点； 2=测量中点；3=测量终点，用校准器完成校 准。如果允许牺牲精确，在测量金属被测体 时，量程可以宽展2 — 3倍。
电涡流位移传感器系统组成
电涡流位移传感器校准
multiNCDT100系列可由用户自己线性化和 校准。这样，当被测体材料失效，或者复杂 的安装条件，始终保证了最佳的测量结果。 采用3点调校作为线性化标准。 可提供的附件：千分螺杆校准装置。
电涡流位移传感器校准
电涡流位移传感器性能
测量范围：0.5/1/2/3/6/15 mm
电涡流位移传感器性能
无摩擦，免维护 l l l 对被测体无作用力
l 在0--0.5至0--15mm测量量程中，有7个型号 线性0.5%,而且稳定性好 有温度补偿专利技术
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小巧的传感器尺寸
在恶劣工业环境下应用
电涡流位移传感器特点
非接触电涡流位移传感器适用于金属材料 被测体间隙、位移、位置测量。不仅适用于 铁磁性材料，也适用于非铁磁性材料。由于 这种原理传感器对油污、尘埃、湿度、干扰 磁场不敏度、特别适用于恶劣的工业环境。 multiNCDT有各种传感器探头和前置放大器规 格型号。典型规格有13种，从最小直径2毫米 至最大直径140毫米。
电涡流位移传感器特点
电涡流位移传感器系统组成
multiNCDT100是一个精致的单通道系统。它 有带电缆的电涡流位移传感器和前量放大器组成 。在多通道配量时，每个通道相互之间可以同步 。这个系统适用于测量铝材料(非铁磁体被测体) ，或者钢ST37（铁磁材料）。 4:传感器； 3：传感器电缆； 2：前置放大器； 1：供电和信号输出电缆
位移检测技术（二）
电涡流位移传感器
电涡流位移传感器原理
multiNCDT100 是非接触电涡流位移传感 器，它用以测量导电金属被测体位移，不管 是铁磁材料，还是非铁磁材料都行。 固化在传感器头部体里的线圈由高频 信号激励。那么线圈电磁场在导电体靠近时 ，在导电体表层将产生电涡流。结果线圈交 流参数发生变化。这个变化被转化成电信号 。其结果，这个信号与传感器到被测体之间 距离呈线性关系。
电涡流位移传感器应用
电容式位移传感器
电容式位移传感器原理
capaNCDT（非接触电容位移传感器）电 容位移测量原理的基础是由理想平板电容构 成。两个平板电极是由传感器电极和相对应 的被测体组成。当恒定的交流加在传感器电 容上，传感器产生的交流电压与电容电极之 间的距离成正比。交流电压经检波器，与一 个可设置的补偿电压叠加，经放大，作为模 拟信号输出。
非屏蔽传感器探头的线圈被屏蔽起来， 探头保护罩端面和带螺纹钢壳端面平齐。这 样传感器探头径向安装附近金属零件影响被 消除。它特别适用被测面有限的零件。
电涡流位移传 感器有效面积
电涡流位移传感器应用
无摩擦，免维护 l l l 对被测体无作用力
l 在0--0.5至0--15mm测量量程中，有7个型号 线性0.5%,而且稳定性好 有温度补偿专利技术
电容式位移传感器性能
测量范围：0.05/0.2/0.5/1/2/3/5/10mm
线性度；0.2%
分辨率：0.004%
极限频率：6 KHZ
传感器温度范围：-50度至200度 温度稳定性：+/- 0.03至0.17微米/度
电容式位移传感器应用
与电涡流式相同
电容式位移传感器线性化
传感器测量线性特性，在测量导电材料 时，不须另外线性化工作，导电性能的差异 不会影响灵敏度和线性。 capaNCDT也可测量绝缘材料的位移。线 性化须专门进行，材料相同的介电常数是精 确测量的条件。
电容式位移传感器原理
电容式位移传感器特点
-工作时无磨损，免维修。
-高的零点稳定性和精度。
-几乎与温度无关
-传感器对被测体没有作用力。
-与被测体导电性能，以及导电性能变化无
关
电容式位移传感器特点
capaNCDT 系列非接触电容位移传感器 可测量各种导电材料的间隙、长度、尺寸或 位置。 capaNCDT 系列传感器具有特别高的分 辨率，以及稳定性。由于采用线性化措施， 对绝缘材料也能测量。电容位移传感器使用 场合要求干净，任何油污、尘埃、水等介质 进入传感器间隙中，都将影响测量结果。
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小巧的传感器尺寸
在恶劣工业环境下应用
电涡流位移传感器应用
震动，偏心，裂纹，振荡，同心度
电涡流位移传感器应用
位移，移动，位置，膨胀
电涡流位移传感器应用
挠度，变形，波动，倾斜
电涡流位移传感器应用
尺寸，公差，分选，另件识别
电涡流位移传感器应用
冲击，应变，轴向振动
电涡流位移传感器应用
轴承振动，油膜间隙，磨擦，偏心
电容式位移传感器线性化
电感位移传感器
电感位移传感器原理
IWS-induNCDT 系列位移传感器主要用于 位移，振动，转速测量。传感器的前置放大 器被集成安装在传感器壳体里，其输出信号 与测量位移成正比。在传感器测量量程内线 性精度优于+/-2%。
电感位移传感器原理
电感位移传感器性能
测量范围：0.5/3/4/8/16mm；
线性度：0.5%
分辨率：0.01%
极限频率：10KHZ （-3db）
传感器温度范围：-50度至+150度
温度稳定性：0.036%/度（10至65度）
电涡流位移传感器有效面积
非屏蔽传感器探头的线圈没有被金属保护 起来，线圈被浇注在一个非金属保护罩里。 在被测体上有效作用面积为 3倍的探头直径。 只有在保证了这个被测体面积，它才能取得 最高的灵敏度和稳定性。
线性度： +/- 2%；
分辨率： 0.001mm； 工作极限频率： 1KHZ(-3db)； 传感器工作温度范围： 0 -85℃； 供电： 12 -18VDC / 7mA。
THE END
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