电涡流式位移传感器电路设计
电涡流位移传感器设计
电涡流位移传感器设计技术要求：1、量程：0～20mm2、精度：1mm3、激励频率：1M Hz4、输入电压：24V5、介质温度: -50℃～250℃6、表面的粗糟度: 0.4μm～0.8μm7、线性误差：＜±2%8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃9、频率响应：0～5KHz一、总体设计方案电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。
根据下面的组成框图，构成传感器。
根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料：（1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。
（2）传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。
（3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。
同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。
如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。
因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。
二、电涡流传感器的基本原理2.1 电涡流传感器工作原理根据法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。
与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。
电涡流传感器位移实验
电涡流传感器位移实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。
电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图22.1.1所示。
根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图22.1.2的等效电路。
图中R1、L1为传感器线图22.1.1 电涡流传感器原理图图22.1.2 电涡流传感器等效电路图圈的电阻和电感。
短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。
线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。
根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得I1、I2。
因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：Q＝Q0{[1-(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R2ω2Ｍ2)/(R1Ｚ22)］}式中：Q0 —无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q0＝ωＬ1／R1；Ｚ22—金属导体中产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R22+ω2L22。
由式Z、L和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。
因此Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。
虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
其实Z、L、Ｑ的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。
电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计【文献综述】 (2)
文献综述电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计在基础学科研究和现代工业生产中，传感器具有不可或缺的作用。
电涡流位移传感器是一种据电涡流效应制成的常用物理传感器，其输出振荡电压随被测体（必须是金属导体）与探头之间的距离变化而变化，因此能测量被测体发生的静态和动态的相对位移变化,从而被广泛地应用于数据采集系统中。
目前国内研制的多数电涡流位移传感器测量物体位移变化时输出都是电压信号的绝对值，由于被测体位移相对变化很小，而传感器输出的电压信号初始值太大，以致变化量很小，从而不能很好地反映被测体位移的变化。
本课题即是对电涡流位移传感器进行信号调理设计，通过减法放大电路使传感器输出电压减去初始值后再进行放大，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。
然后基于单片机设计传感器的工作电源和输出位移的显示电路，使输入输出信号都能清楚、直观地显示。
下图1是通用数据采集系统的组成和信号传输流程。
可见，信号调理电路是数据采集系统的重要组成部分。
信号处理电路，就是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。
传感器测量的很多物理量，如位移、温度、压力、光强等，输出后都是相当小的电压、电流或电阻变化，必须对其进行调理，即利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等)将信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，以便用于系统的数据处理。
图1黎琼，陈文庆，温泉彻[3]介绍了通用数据采集系统的组成及信号调理的重要性，然后以热电偶温度传感器及热电偶温度变送器为例，说明了传感器调理一般应包含补偿、线性化和激励三部分内容，且介绍了变送器与传感器的主要区别。
最后在给出典型信号调理电路的基础上，说明了通用数据调理功能（放大、隔离、滤波和数字信号调理）及电路实现，对基于PC机和ADC卡的通用数据采集系统的信号调理具有借鉴作用。
乔巍，杜爱玲，陈春，叶生[4]针对基于微控制器和PC的高速数据采集系统,分析了信号调理电路功能及必要性,并在此基础上给出了包括信号放大、衰减、隔离和滤波的设计方案,并对滤波电路的拓扑设计进行了研究。
实验二 电涡流传感器位移实验
实验二 电涡流传感器位移实验一、实验目的1．了解涡流式传感器的原理及工作性能。
2．熟悉实验仪器，掌握传感器使用过程中的注意事项。
二、结构和原理(此部分不用写在实验报告上)电涡流传感器是一种能将机械位移，振幅和转速等参量转换成电信号输出的非电量电测装置。
它由探头，变换器，连接电缆及被测导体组成，是实现非接触测量的理想工具。
其最大特点就是结构简单，可以实现非接触测量，具有灵敏度高、抗干扰能力强、频率响应宽、体积小等特点，因此在工业测量领域得到了越来越广泛的应用。
1. 涡流效应当金属导体置于变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流就像水中的漩涡那样，在导体内部形成闭合回路，我们通常称之为“电涡流”，称这种现象为“涡流效应”。
电涡流传感器就是在涡流效应的基础上建立起来的。
电涡流传感器的基本原理如图3.9.1所示。
一个通有交变电流1I 的传感线圈，由于电流的周期性变化，在线圈周围就产生了一个交变磁场1H 。
如被测导体置于该磁场范围之内，被测导体便产生涡流2I ，电涡流也将产生一个新的磁场2H ，2H 和1H 方向相反，由于磁场2H 的反作用使通电线圈的等效阻抗发生变化。
当金属导体靠近线圈时，金属导体产生涡流的大小与金属导体的电阻率ρ、磁导率μ、厚度t 、线圈与金属导体间的距离s 以及线圈激励电流的大小和角频率ω等参数有关。
如固定其中某些参数，就能按涡流的大小测量出另外一些参数。
为了简化问题，我们把金属导体 理解为一个短路线圈，并用2R 表示这个短路线圈的电阻；用2L 表示它的电感；用M 表示图3.9.2 等效电路U1—传感线圈；2—金属导体图3.9.1 电涡流式传感器基本原理示意图2它与空心线圈之间的互感；再假设电涡流空心线圈的电阻与电感分别为1R 和1L ，就可画出如图3.9.2所示的等效电路。
经推导电涡流线圈受被测金属导体影响后的等效阻抗为L j R L L R M L j L R M R R I U Z ωωωωωωω+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛++==22222222122222222111式中 R —电涡流线圈工作时的等效电阻；L —电涡流线圈工作时的等效电感。
基于电涡流传感器的位移计设计(lcd)
目录0 前言(章标题为黑体四号字，左对齐，段前段后距离均为6磅，设为标题1，下同) (1)1 总体方案设计 (2)2 硬件电路设计 (4)2.1 单片机最小系统............................................................................. 错误！未定义书签。
2.1.1 RC 时钟电路 (5)3 软件设计 (5)3.1 数据采集子程序的设计................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.1计算温度子程序 (5)3.2 数字显示子程序的设计................................................................. 错误！未定义书签。
4 调试分析 (16)5. 结论及进一步设想（需说明的问题） (16)参考文献（标题1） (17)课设体会 (18)附录1 元件清单........................................................................................ 错误！未定义书签。
附录2 实验电路原理图 (21)基于电涡流传感器的位移计设计（LCD）摘要：本文设计了一种基于单片机控制的数字位移计，由A/D转换器、单片机、键盘报警装置和LCD显示等几部分组成，主要使用了ADC0808、8031、LCD主要器件，主要解决方案是利用电涡流传感器位移特性、单片机实验箱（含A/D转换）、单片机仿真器等设计一个能用LCD实时显示物体位移的智能位移计。
本次设计用汇编语言进行编程，实现电涡流测位移的功能,即对位移的实时测量并显示，位移显示为X.XX mm。
优点是位移仪的放大电路将电涡流传感器输出的微弱模拟信号放大，通过LCD能直观的显示出你所测的数据。
电涡流位移传感器设计完整版本
课程设计报告与说明书《电涡流位移传感器》课程设计学生姓名：_________ ___________ 学号：____________ 入学时间： 14 年秋季专业：___机械设计制造及其自动化___ 直属/分校：__________直属____________ 指导教师：______ 解晓光__________大连广播电视大学2014年12月设计题目：电涡流位移传感器课程设计一、设计要求1、量程：：0～20mm2、精度：1mm3、激励频率：1M Hz4、输入电压：24V5、介质温度: -50℃～250℃6、表面的粗糟度: 0.4μm～0.8μm7、线性误差：＜±2%8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃9、频率响应：0～5KHz二、总体设计方案电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。
根据下面的组成框图，构成传感器。
根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料：（1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。
（2）传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。
（3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。
同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。
如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。
因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。
基于电涡流传感器的位移计设计(lcd)
目录0 前言(章标题为黑体四号字，左对齐，段前段后距离均为6磅，设为标题1，下同) (1)1 总体方案设计 (2)2 硬件电路设计 (4)2.1 单片机最小系统............................................................................. 错误！未定义书签。
2.1.1 RC 时钟电路 (5)3 软件设计 (5)3.1 数据采集子程序的设计................................................................. 错误！未定义书签。
3.1.1计算温度子程序 (5)3.2 数字显示子程序的设计................................................................. 错误！未定义书签。
4 调试分析 (16)5. 结论及进一步设想（需说明的问题） (16)参考文献（标题1） (17)课设体会 (18)附录1 元件清单........................................................................................ 错误！未定义书签。
附录2 实验电路原理图 (21)基于电涡流传感器的位移计设计（LCD）摘要：本文设计了一种基于单片机控制的数字位移计，由A/D转换器、单片机、键盘报警装置和LCD显示等几部分组成，主要使用了ADC0808、8031、LCD主要器件，主要解决方案是利用电涡流传感器位移特性、单片机实验箱（含A/D转换）、单片机仿真器等设计一个能用LCD实时显示物体位移的智能位移计。
本次设计用汇编语言进行编程，实现电涡流测位移的功能,即对位移的实时测量并显示，位移显示为X.XX mm。
优点是位移仪的放大电路将电涡流传感器输出的微弱模拟信号放大，通过LCD能直观的显示出你所测的数据。
电涡流位移传感器设计
HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY《传感器原理及应用》课程考核论文题目电涡流位移传感器设计班级机设八班学号姓名成绩机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一二年五月电涡流位移传感器摘要：随着现代测量、控制盒自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。
特别是近年来，由于科学技术的发展及生态平衡的需要，传感器在各个领域的作用也日益显著。
传感器技术的应用在许多个发达国家中，已经得到普遍重视。
在工程中所要测量的参数大多数为非电量，促使人们用电测的方法来研究非电量，及研究用电测的方法测量非电量的仪器仪表，研究如何能正确和快速的非电量技术。
电涡流传感器已成为目前电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。
关键词：电涡流式传感器传感器技术电量非电量Abstract：With modern measurement, control box of automation technology development, the sensor technology is more and more attention by people. Especially in recent years, due to the development of science and technology and ecological balance the need, sensor in various fields are also increasingly significant role. The sensor technology application in many developed countries, has been paid attention to. In the project in measured parameters for the most power, the power to urge people to approach to the power, and the research method of the electricity measurement of electric instruments, to study how to correct and fast the power technology. The eddy current sensor has become the electrical measurement technology is very important means of detection, widely used in engineering survey and scientific experiments.Key words：Eddy current sensor, sensor technology ,non-power electrical measurement techniques,一：总体设计方案电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。
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电涡流式位移传感器电路设计
发表时间：2017-11-16T20:36:30.013Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：曹健[导读] 摘要：本文设计一种由开关电压驱动的电涡流式位移传感器，电路部分主要为组成驱动电路和测量电路。
（国网渭南供电公司陕西渭南 714000）
摘要：本文设计一种由开关电压驱动的电涡流式位移传感器，电路部分主要为组成驱动电路和测量电路。
开关采用的是MOSEFT开关，对电涡流式位移传感器的驱动电路和测量电路进行了设计，为传感器设计提供一种可行方法。
关键词：电涡流式位移传感器驱动电路测量电路。