電渦流傳感器能靜態和動態地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器能準確測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面之間靜態和動態的相對位移變化。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、響應速度快、抗干擾力強、不受油污等介質的影響、結構簡單等優點。其構成如下圖3-1所示。
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2020-12-2 16:09 上傳
圖3-1 傳感器組成框圖
根據組成框圖，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系的某一物理量的元件。
轉換元件:敏感元件的輸出就是他的輸入，它把輸入轉換成電路參數。
(3)轉換電路:將上述電路參數接入轉換電路，便可轉換成電量輸出。
3.2電渦流傳感器的工作原理
根據法拉第電磁感應定律，當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生正弦交變磁場H1，它使置于此磁場中的被測金屬導體表面產生感應電流，即電渦流，
如圖3-2中所示。與此同時，電渦流i又產生新的交變磁場H2;H2與H1方向相反，并力圖削弱H1,從而導致探頭線圈的等效電阻相應地發生變化。其變化程度取決于被測金屬導體的電阻率ρ，磁導率μ，線圈與金屬導體的距離x，以及線圈激勵電流的頻率f等參數。如果只改變上述參數中的一個，而其余參數保持不變，則阻抗Z就成為這個變化參數的單值函數，從而確定該參數的大小。
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，把被測金屬導體上形成的電渦流等效成一個短路環中的電流，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，短路環可以認為是一匝短路線圈，其中R2，L2為被測導體的電阻和電感。探頭線圈和導體之間存在一個互感M，它隨線圈與導體間距離的減小而增大。U1為激勵電壓，根據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的表達式以后，可得到傳感器線圈的等效阻抗，從而進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關系Z = F（x，μ，ρ，f）①，其中，x為檢測距離；μ為被測體磁導率；ρ為被測體的電阻率；f為線圈中激勵電流頻率。所以當改變其中一個量時，就可以通過測量△Z的值來間接測量位移的大小。
3.4 軟件系統設計 本次設計的原理主要是用電感的變化模擬位移的變化即用可調電感L2代替電渦流傳感器，用振蕩電路提供振蕩電流并通過LC濾波電路進行整流濾波，實現位移—阻抗—電量的轉換過程，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換為電壓或電流的變化，傳感器線圈與電容并聯組成LC并聯諧振回路，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。當線圈電感L發生變化時，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。
調頻式電路是通過測量諧振頻率的變化來進行測量，其結構簡單，便于遙測和數字顯示，而調幅式電路是通過測量等效阻抗的變化來進行測量，諧振法的測量原理，如圖3-4所示，系統整體仿真截圖如圖3-5所示。
圖3-4調幅式諧振原理圖
由圖中可以看出，本設計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 系統的仿真 4.1仿真結果 仿真結果如圖4-1所示，由圖可知，系統將位移的變化（電感的變化）轉換為了電壓的變化，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算出相應位移的變化。
圖4-1 LC仿真結果
4.2仿真結果分析 從仿真結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與預期結果誤差為1.1%，在所預計的誤差范圍之內，通過Z = F（x，μ，ρ，f）的函數關系即可間接求出位移的變化。 
圖4-2 LC仿真結果分析 以上的Word格式文檔51黑下載地址：
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