探析涡流测距系统的仿真及设计

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1、北京交通大学硕士学位论文涡流测距系统的仿真及设计姓名：徐志明申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：刘泽20080601中文摘要摘要：电涡流传感器是基于涡流效应的新型传感器。具有非接触、测量精度高、响应速度快、结构简单、频响宽、不受油污等介质的影响等优点，因而得到广泛应用。但目前的电涡流传感器仍存在线性范围小和对被测材料敏感等问题。因此，对电涡流传感器的电磁性能进行研究具有重要意义。涡流测距系统由电涡流传感器、信号测量电路、数据处理、结果记录显示等部分组成。由于涡流效应，位移量的变化会影响传感器线圈的阻抗值，由信号测量电

2、路将变化的阻抗量转换成相应的电量，从而得到变化的阻抗信息。因此，传感器信号测量电路的可靠性和稳定性对涡流测距系统的性能有着重要的影响。本文对电涡流传感器进行了三维有限元仿真分析，并为涡流测距系统设计了一种新型的信号测量电路，主要工作内容如下：1．在熟悉了电磁场基本理论、有限元建模理论和步骤的基础上，通过对电涡流传感器工作方式和等效电路的分析，建立了电涡流传感器的两种三维有限元模型：单线圈结构和双线圈结构。对应这两种模型，仿真分析了被测导体上的涡流特性及趋肤效应，以及被测导体材料和线圈结构参数对传感器性能的影响。2．传统的电涡流传感器

3、的信号测量电路大多采用分立元件式电路，电路参数易受环境影响。为了提高电路的集成度、稳定性及可靠性，本文提出一种基于阻抗转换芯片AD5933的新型测量电路。通过分析AD5933的内部结构及工作原理，设计并制作了电路，给出了总体硬件电路框图，并重点介绍了基准电压源电路和信号调理电路的设计。最后，通过实验验证了该电路的可行性。关键词：电涡流传感器；有限元；涡流测距；阻抗测量；正交信号解调分类号：TP216ABSTRACTABSTRACT：Asanondestructivetestingcomponent，EddyCurrentSensor

4、(ECS)operatesontheprincipleofeddycurrenteffect．Ithasbeenwidelyusedinmanysectionsofengineeringandscienceresearchesduetoitsadvantagessuchasnon—contacting,highmeasuringaccuracy,fastresponse,simplestructure，widefrequencyresponserangeandstrongabilityofoilcontaminationimmuni

5、ty．However,therestillexistsomeshortcomingsinECS，suchassmalllinearrangeandsensitivetothematerialproperties，whichhinderthefurtherapplicationofthesensor．Soitisofgreatsignificancetostudythistoimproveitsperformance·Eddvc11rrentdistancemeasurementsystemconsistsoffourparts：ed

6、dycurrentsensor,signalmeasuringcircuit，dataprocessingandresultdisplaypart．Becauseofeddycurrenteffect，thechangeofdistancewillaffectthecoilimpedancewhichisthen缸彻sf．onnedintoelectricsignalandcalculatedbythesignalmeasuringcircuit·Asaresult，thereliabilityandstabilityofthesi

7、gnalmeasuringcircuithasallimportantimpactonsystemperformance·．．IIltllisthesis，ⅡleauthorstudiesthecharacteristicsofeddycurrenteffectandtheperformanceofECSbymeansoffiniteelementmethodandthenputsforwardanewtypeofsignalmeasuringcircuit．Themainworksareasfollows：1．Basedonthe

8、electromagneticfoundationaltheory,modelingtheoryandprocessofFiniteEl咖erltMethod，two3DmodelsofECSarebuiltbyanalyzingth