自动检测技术及应用 教学课件 作者 梁森_ 4检测教案，第四章.doc

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1、自动检测技术课程授课教案第四章电涡流传感器课题：电感传感器的原理及应用课时安排：3课次编号：6~7教材分析难点：接近开关重点：三线制OC门以及施密特特性的分析工业应用。教学目的和要求1、了解电涡流传感器的工作原理；2、掌握FM电路的应用；3、了解接近开关的原理；4、掌握接近开关的应用。采用教学方法和实施步骤：讲授、课堂互动、分析教具：电涡流传感器及接近开关各教学环节和内容演示：做以下的实验：将一只电涡流探头逐渐靠近各种实验用的金属板，例如电池外壳、黑板擦、硬币等等。该探头接到PM电路，PM电路的输出（例如200kHz）与一恒定频率的振荡器信号（例如199kHz）相减，产生差拍，差拍

2、电路的输出频率是可闻声波fΔ（在本例中为1kHz），fΔ的声调随着金属板与探头之间的距离减小而变尖。将非导电物体，例如粉笔盒、书、玻璃杯等靠近探头，差拍声调不变。从以上演示引出电工中的“串连谐振”频率的经典公式：差拍之前的探头频率f变大是差拍后的输出频率fΔ变大的根本原因。请学生分析为什么f变大：上式中的C0是常数，而L是变量。分母变小，导致f变大。导出公式（4-1）：公式（4－1）结论：探头与金属物体的距离靠近后，两者之间的互感量M变大，导致探头线圈的等效电感减小，所以谐振电路的输出频率变大。一、电涡流效应金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属体

3、内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应电涡流线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z与金属导体的f、μ、σ有关，与电涡流线圈的激励源频率f（f=ω/2π)等有关，还与金属导体的形状、表面因素（粗糙度、沟痕、裂纹等）r有关。更重要的是与线圈到金属导体的间距（距离）x有关，可用以下的函数表达式来表示Z=R+jωL=f（f、μ、σ、r、x）（4-2）结论：如果控制上式中的f、m、σ、r不变，电涡流线圈的阻抗Z就成为间距x的单值函数，这样就成为非接触位移传感器。5自动检测技术课程授课教案如果控制x、i1、f不变，就可以用来检测与表面电导率σ有关的表面温度

4、、表面裂纹等参数，或者用来检测与材料磁导率μ有关的材料型号、表面硬度等参数。提示：电涡流线圈的阻抗与μ、σ、r、x之间的关系均是非线性关系，必须由计算机进行线性化纠正。第二节电涡流传感器的结构及特性一、电涡流探头结构电涡流传感器的传感元件是一只线圈，俗称为电涡流探头。激励源频率较高（数十千赫至数兆赫）。图4-3电涡流探头结构1－电涡流线圈2－探头壳体3－壳体上的位置调节螺纹4－印制电路板5－夹持螺母6－电源指示灯7－阈值指示灯8－输出屏蔽电缆线9－电缆插头提示：探头的直径越大，测量范围就越大，但分辨力就越差，灵敏度也降低。提问：指示灯6不亮，3个原因是：如果指示灯6亮，指示灯7始终

5、不亮，原因是：第三节电涡流传感器的测量转换电路一、调幅式电路AM：以输出固定频率信号的幅度来反映调制信号的大小。例如中波、短波广播电台的信号。当被测体为金属时，探头线圈的等效电感L减小、R增大，引起Q值下降。当并联谐振回路的谐振频率f1>f0，处于失谐状态，输出电压大大降低。图4-4定频调幅式测量转换电路二、调频式电路FM：以输出固定幅度、频率上下波动的信号的来反映调制信号的大小。例如调频广播电台的信号。5自动检测技术课程授课教案在电涡流传感器中，以LC振荡器的频率f作为输出量。当电涡流线圈与被测体的距离x改变时，电涡流线圈的电感量L也随之改变，引起LC振荡器的输出频率变化，此频率

6、可以通过F／V转换器（又称为鉴频器），将Df转换为电压DUo，由表头显示出电压值。也可以直接将频率信号（TTL电平）送到计算机的计数/定时器，测量出频率的变化。鉴频器特性如图4-6b所示。图4-6调频式测量转换电路原理框图及特性a）信号流程b）鉴频器特性第四节电涡流传感器的应用多变量传感器的使用原则：必须固定其他因素就可以测量剩下的一个因素。多变量传感器多用于定性测量：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。即使要用作定量测量，也必须采用前面述及的逐点标定、计算机线性纠正、温度补偿等措施

7、。介绍转轴的转速n（单位为r/min）的测量方法，以及计算公式（4－2）图4－8转速测量a）带有凹槽的转轴及输出波形b）带有凸槽的转轴及输出波形1－传感器2－被测物磁电式转速表原理如下图所示。解释工作原理：穿过线圈的磁力线随齿轮的转角而不停变化。线圈产生感应电压。电压的频率和幅度都与转速成正比。f＝1/T，转速公式同式4－2。5自动检测技术课程授课教案磁电式转速表原理1－导磁的齿顶2－软铁心3－线圈4－磁铁5－转轴第五节接近开关及应用接近开关与无触点行程开关的区别：1