標(biāo)題: 電渦流傳感器位移測量系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) [打印本頁]
作者: 3187123680    時間: 2020-12-1 14:13
標(biāo)題: 電渦流傳感器位移測量系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量被測體(必須是金屬導(dǎo)體)與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。電渦流傳感.器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強(qiáng)、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。其構(gòu)成如下圖3-1所示。


圖3-1 傳感器組成框圖
根據(jù)組成框圖，具體說明各個組成部分的材料:
(1)敏感元件:它是直接感受被測量，并輸出與被測量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。
轉(zhuǎn)換元件:敏感元件的輸出就是他的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)。
(3)轉(zhuǎn)換電路:將上述電路參數(shù)接入轉(zhuǎn)換電路，便可轉(zhuǎn)換成電量輸出。

3.2電渦流傳感器的工作原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)傳感器探頭線圈通以正弦交變電流i時，線圈周圍空間必然產(chǎn)生正弦交變磁場H1，它使置于此磁場中的被測金屬導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流，
如圖3-2中所示。與此同時，電渦流i又產(chǎn)生新的交變磁場H2;H2與H1方向相反，并力圖削弱H1,從而導(dǎo)致探頭線圈的等效電阻相應(yīng)地發(fā)生變化。其變化程度取決于被測金屬導(dǎo)體的電阻率ρ，磁導(dǎo)率μ，線圈與金屬導(dǎo)體的距離x，以及線圈激勵電流的頻率f等參數(shù)。如果只改變上述參數(shù)中的一個，而其余參數(shù)保持不變，則阻抗Z就成為這個變化參數(shù)的單值函數(shù)，從而確定該參數(shù)的大小。
    電渦流傳感器的工作原理，如圖3-2所示:


圖3-2 電渦流傳感器工作原理圖

3.3電渦流傳感器等效電路分析
為了便于分析，把被測金屬導(dǎo)體上形成的電渦流等效成一個短路環(huán)中的電流，這樣就可以得到如圖3-3所示的等效電路。

圖3-3 電渦流傳感器等效電路圖

圖中R1，L1為傳感器探頭線圈的電阻和電感，短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其中R2，L2為被測導(dǎo)體的電阻和電感。探頭線圈和導(dǎo)體之間存在一個互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距離的減小而增大。U1為激勵電壓，根據(jù)基爾霍夫電壓平衡方程式，上圖等效電路的平衡方程式如下:

求得I1,I2的表達(dá)式以后，可得到傳感器線圈的等效阻抗，從而進(jìn)一步得到探頭線圈的等效電阻和電感，最后可以將探頭線圈的等效阻抗Z表示成如下的一個簡單地函數(shù)關(guān)系Z = F（x，μ，ρ，f）①，其中，x為檢測距離；μ為被測體磁導(dǎo)率；ρ為被測體的電阻率；f為線圈中激勵電流頻率。所以當(dāng)改變其中一個量時，就可以通過測量△Z的值來間接測量位移的大小。

3.4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的原理主要是用電感的變化模擬位移的變化即用可調(diào)電感L2代替電渦流傳感器，用振蕩電路提供振蕩電流并通過LC濾波電路進(jìn)行整流濾波，實(shí)現(xiàn)位移—阻抗—電量的轉(zhuǎn)換過程，具體方法是采用諧振法是將傳感器線圈的等效電感的變化轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，傳感器線圈與電容并聯(lián)組成LC并聯(lián)諧振回路，其諧振頻率為，fo=1/√（2π(LC)）諧振時回路的等效阻抗最大，Z=L/RC，其中R為諧振回路等效電阻。當(dāng)線圈電感L發(fā)生變化時，回路的等效阻抗與諧振頻率都將隨L的變化為變化，因此可以利用測量回路阻抗的方法或測量回路諧振頻率的方法間接測出傳感器的被測值。
    調(diào)頻式電路是通過測量諧振頻率的變化來進(jìn)行測量，其結(jié)構(gòu)簡單，便于遙測和數(shù)字顯示，而調(diào)幅式電路是通過測量等效阻抗的變化來進(jìn)行測量，諧振法的測量原理，如圖3-4所示，系統(tǒng)整體仿真截圖如圖3-5所示。

圖3-4調(diào)幅式諧振原理圖



由圖中可以看出，本設(shè)計(jì)的整個電路分為兩個模塊：振蕩電路模塊與LC濾波電路模塊它們的等效電路圖如圖3-5，3-6所示。

圖3-5振蕩等效電路圖

在振蕩電路中，振蕩頻率可以通過改變電感L的值來調(diào)整。f≈1/2π√（LC∑）其中

C∑=(C’1C’2C3)/(C’1C’2+C’2C3+C’1C3)+C4,其中C’1=C1+C0 ，C’2=C2+C1，當(dāng)C3＜＜C1及C3＜＜C2時振蕩頻率f≈1/2π√（L（C3+C4））。②


圖3-6 LC濾波等效電路圖

在LC濾波電路中，振蕩信號通過整容濾波后輸出直流分量。

4  系統(tǒng)的仿真

4.1仿真結(jié)果

仿真結(jié)果如圖4-1所示，由圖可知，系統(tǒng)將位移的變化（電感的變化）轉(zhuǎn)換為了電壓的變化，通過測量圖中振蕩信號的周期算出振蕩信號的頻率，通過公式②算出電感L的變化，在通過公式①算出相應(yīng)位移的變化。

圖4-1 LC仿真結(jié)果


4.2仿真結(jié)果分析

從仿真結(jié)果中提取振蕩信號的周期如圖4-2所示（手動拖動可變電感來模擬電感變化，本次模擬量為50% 即100mH），周期T為2×3.125=6.25ms，從而推出頻率為160HZ，帶入公式f≈1/2π√（L（C3+C4））②中得到電感的值為98.9mH與預(yù)期結(jié)果誤差為1.1%，在所預(yù)計(jì)的誤差范圍之內(nèi)，通過Z = F（x，μ，ρ，f）的函數(shù)關(guān)系即可間接求出位移的變化。

圖4-2 LC仿真結(jié)果分析

以上的Word格式文檔51黑下載地址：
傳感器51hei設(shè)計(jì).doc (332.06 KB, 下載次數(shù): 55)

作者: 超神@雄哥    時間: 2024-11-12 23:30
三極管是什么參數(shù)的呢



歡迎光臨 (http://www.torrancerestoration.com/bbs/) Powered by Discuz! X3.1