电涡流位移检测技术.

08 电涡流探雷器——电涡流式传感器的测试项目描述•为排除地表下埋入的地雷，战士们常用便携式探雷器来探测地表，当探雷器探测到地表下的地雷时就会发出报警提示信号，然后进行排除地雷，如图8-1 所示。

•便携式探雷器是利用电涡流效应原理来工作的，所以又叫电涡流探雷器。

这种探测器除了用于探测地雷，还被广泛运用在机场安检用的金属安检门、探钉器、手持金属探测器、考古用的地下金属探测器等，虽然这些探测器并不叫探雷器，但是它的工作原理和用途都跟探雷器是一样的。

•通过本项目的学习，主要给大家介绍电涡流式探测器（电涡流式传感器）的工作原理及相关传感器。

4知识准备•（一）电涡流传感器工作原理• 1.电涡流效应•根据法拉第电磁感应原理, 块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时, 导体内将产生呈涡旋状的感应电流, 此电流叫电涡流, 以上现象称为电涡流效应。

——电涡流在我们日常生活中应用干净、高效的电磁炉电磁炉内部的励磁线圈电磁炉的工作原理图高频电流通过励磁线圈，产生交变磁场，在铁质锅底会产生无数的电涡流，使锅底自行发热，烧开锅内的食物。

»2．电涡流传感器的等效电路和工作原理•（1）等效电路•（2）工作原理•电涡流效应既与被测体的电阻率ρ、磁导率μ以及几何形状有关，又与线圈几何参数、线圈中激磁电流频率ω有关，还与线圈与导体间的距离x有关。

因此，传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z的函数关系式为•Z=F（ρ, μ, R,ω, x）•如果保持上式中其他参数不变，而只改变其中一个参数，传感器线圈阻抗Z就仅仅是这个参数的单值函数。

通过与传感器配用的测量电路测出阻抗Z的变化量，即可实现对该参数的测量。

（二）电涡流基本特性• 1. 电涡流的径向形成范围•当x一定时, 电涡流密度J与半径r的关系曲线•由图可知：•电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径r as 的1.8～2.5 倍范围内, 且分布不均匀。

•电涡流密度在短路环半径r =0处为零。

电涡流式振动位移传感器检定技术的研究的研究报告电涡流式振动位移传感器是工业监测中非常常见的一种传感器设备，其可以测量物体在振动时的位移大小，是保证机械设备正常运行的重要组成部分。

然而，由于各种原因，电涡流式振动位移传感器的精度有时会出现问题。

因此，本研究旨在探索电涡流式振动位移传感器检定技术，以确保其精度和可靠性。

一、研究背景在工业中，往往需要进行大量的实验和监测才能确定一个工业设备的正常运行状态。

电涡流式振动位移传感器作为一种非接触式的位移测量技术，被广泛应用于各种机械设备中。

然而，长期使用后，电涡流式振动位移传感器的精度容易受到机械震动、温度变化等因素的影响，进而导致测量数据不准确，给实验样品造成误差。

因此，科学家们成立了一支研究团队，针对电涡流式振动位移传感器进行深入研究，致力于提升检定技术，以保证其精确性和可靠性。

二、研究方法在研究方法方面，本研究主要采用了实验室实物验证和数学模型分析相结合的方法：1. 实验室实物验证在实验室中，我们选取了5台不同设备的电涡流式振动位移传感器进行比对，首先对这5台传感器进行基本的检测和调整，并对其灵敏度、简化误差、标称输出电压等进行详细的分析。

然后，我们通过振动模拟实验对这5台传感器进行比对。

首先，我们制作了一个铝板，并在其表面装配了5个不同的测试标准件，在其表面产生不同的振动状态，并通过传感器记录实验数据。

实验数据记录完成后，我们进行了数据分析、简化误差、调整后发现实验数据的最大差异为12.1％，平均差异为 6.8％，证明了实验室实物验证的有效性。

2. 数学模型分析基于电涡流式振动位移传感器的工作原理，我们考虑采用数学模型对传感器进行分析和优化。

我们建立了一个简单的数学模型来描述传感器的振动响应。

利用这个模型，我们可以计算传感器的理论输出电压，进而对其进行检测和调整。

三、研究结果通过对数学模型分析和实验室实物验证，我们得出了如下研究结论：1. 电涡流式振动位移传感器的灵敏度和简化误差是影响其精度的主要因素。

电涡流传感器位移特性实验报告
一、实验目的
通过实验研究电涡流传感器的位移特性，了解电涡流传感器的工作原理和应用范围。

二、实验原理
三、实验器材
1.电涡流传感器
2.信号发生器
3.示波器
4.金属样品
四、实验步骤
1.将电涡流传感器固定在实验台上，将金属样品放在传感器的检测区域内。

2.连接信号发生器和示波器，设置合适的频率和电压。

3.逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频率和示波器显示的波形变化。

4.记录金属样品位移和传感器输出信号的对应关系。

五、实验结果
在实验中，我们逐渐增加金属样品的位移，观察信号发生器输出的频
率和示波器显示的波形变化。

根据实验结果，可以得到金属样品的位移和
传感器输出信号的对应关系。

六、实验讨论
通过实验，我们发现位移增加时，传感器输出信号的频率也相应增加。

这是因为金属样品位移增加时，电涡流的密度和分布发生变化，导致传感
器测量到的电磁感应信号频率发生变化。

七、实验结论
通过本次实验，我们了解了电涡流传感器的位移特性，得到了金属样
品位移和传感器输出信号的对应关系。

电涡流传感器可以通过测量金属物
体表面电涡流的变化来检测金属物体位移，具有广泛的应用前景。

八、实验感想。

电涡流传感器系列实验实验一：电涡流传感器的静态标定摘要：电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗乙而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关, 将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

①1 实验目的了解电涡流式传感器的原理及工作性能2实验所用仪器设备涡流变换器、F/V 表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主副电源②3 实验原理通以高频电流的线圈产生磁场，当有导体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体的材料以及和线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

②4实验步骤(1)装载好传感器(2)连接电路，电压表置于20V档，开启主副电源(3)用示波器观察涡流变换器的输入端波形(4)调节传感器的高度值，改变高度，记下示波器及电压表的示数5实验结果与分析⑴涡流变换器输入端的波形为正弦波，示波器的时基为口s/cm⑵改变传感器的高度值，记录电压表示数，记录如下表由曲线，我们可以得到灵敏度为K==mm由此可以看到涡流传感器灵敏度高，分辨力高。

6实验心得与建议该涡流传感器测量灵敏度高，分辨力高，线性度也很好，在涉及到一些导体的位置、位移等相关测量时，使用涡流传感器可以很好的实现不接触测量。

而且电涡流传感器利用的是涡流效应，可以利用其进行导体内部的一些性质。

7思考拓展1位移传感器的静态自动标定与实验研究传感器作为自动控制系统和信息系统的关键器件其技术水平直接影响自动化系统和信息系统的整体水平。

自动化技术水平越高对传感器技术依赖程度越大，传感器产业以其技术含量高，渗透能力强，经济效益好，市场前景广等优点被公认为是国内外具有发展前途的高技术产业，受到全社会的瞩目。

全世界约有40 个国家从事传感器器件的研制生产和应用开发工作，其中以日俄美等国实力较强，他们创建了化学量物理量生物量三大门类的传感器产业生产研发单位5000 余家，产品20000 多种，并且已对应用范围较广的产品进行了规模化生产。

涡流检测新技术电磁涡流检测新技术主要有：1.1柔性阵列涡流传感器技术阵列涡流(Arrays Eddy Current, AED)传感器测试技术的研究始于2O世纪80年代中期，在20世纪80年代末到90年代初，出现了一批电涡流阵列测试方面的文献和专利。

近十年来，随着传感器技术的发展以及加工工艺技术水平的提高，电涡流传感器阵列测试的研究和应用得到极大的发展，不仅用来测量大面积金属表面的位移，而且由于具有同时检测多个方向缺陷的优点，被广泛应用于金属焊缝的检测，飞行器金属部件的疲劳、老化和腐蚀检测，涡轮机、蒸气发生器、热交换器以及压力容器管道等的无损检测中。

阵列式涡流检测探头是将很多小探头线圈按特定的结构类型密布在敞开或封闭的平面或曲面上构成阵列。

工作是采用电子学的方法按照设定的逻辑程序，对阵列单元进行实时/分时切换。

将各单元获取的涡流响应信号接入专用仪器的信号处理系统中去，完成一个阵列的巡回检测，阵列式涡流检测探头的一次检测过程相当与传统的单个涡流检测探头对部件受检面的反复往返步进扫描的检测过程。

对于高分辨率的大面积涡流检测，阵列式涡流检测探头明显比传统的扫描探头更具优势，阵列式涡流检测探头在检测时，其涡流信号的响应时间极短，只需激励信号的几个周期，而在高频时主要由信号处理系统的响应时间决定。

因此，阵列式涡流检测探头的单元切换速度可以很快，这一点是传统探头的手动或机械扫描系统所无法比拟的。

此外，传感器阵列的结构形式灵活多样，可以非常方便地对复杂表面形状的零件进行检测，而且这种发射/接收线圈的布局模式成倍的提高了对材料的检测渗透深度，因此，阵列式传感器的研究成为当前传感器技术研究中的重要内容和发展方向。

我国对于阵列涡流传感器技术的研究始于近年，清华大学、吉林大学、国防科技大学等单位发表了多篇关于涡流传感器阵列测试技术的研究文章;爱德森(厦门)电子有限公司则研制出工作频率为50KHZ—2MHZ、有效扫描宽度为55mm、双阵列、反射自旋式，用于铝合金板检测的阵列涡流传感器。

实验四电涡流传感器实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、铜圆盘、两个不同尺寸的铝盘，电涡流变换器、测微头、数显直流电压表；三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图4-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。

涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

图 4-1电涡流变换器原理图涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。

在实际应用中，由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。

四、实验内容与步骤（1）位移特性实验1．按图4-2 安装电涡流传感器。

图4-2 电涡流传感器安装示意图2．在测微头端部固定上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。

调节测微头，使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头,涡流传感器连接线接至相应的电涡流插座中。

3．按图4-3，将底面板上电涡流传感器连接到涡流变换器上标有“”的两端，涡流变换器输出端接直流数显电压表。

电压表量程切换开关选择20V 档。

图4-3 电涡流传感器接线图4．打开实验台直流电源开关，记下直流电压表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入下表4-1。

（2）被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验1．将电涡流传感器安装到传感器固定架上。

2．重复电涡流位移特性实验的步骤，将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。

金属圆盘紧贴电涡流传感器探头时，输出电压铁<铜<铝。

将实验资料分别记入下面表4-2、表4-3。

表4-2 铜质材料3．重复电涡流位移特性实验的步骤，将被测体换成比体积较小的铝质被测体，将实验数据记入下表4-4。

电容式传感器为非接触式测量仪器，能够对任何导电目标的位置和/或位置变化进行高分辨率测量。

高性能电容式传感器的纳米级分辨率使其成为目前纳米技术领域不可或缺的产品。

另外，还可将其用于测量非导电目标的位置或其他特性。

特点：
1）输入能量小而灵敏度高。

2）精度高达0.01%
3）动态特性好，适合测量动态参数
4）能量损耗小
5）结构简单，环境适应性好（高温、辐射等）
缺点：电缆分布电容影响大。

集成电路、双屏蔽传输电缆等——降低分布电容的影响。

电涡流传感器为非接触式测量仪器，能够对任何导电目标的位置及/或位置变化进行高分辨率测量。

电涡流传感器亦称为电感式传感器，“电涡流”一般指高精度位移测量工具（或无损检测探头），“电感”指廉价的引发开关。

电涡流传感器的高分辨率和对脏乱环境的耐受性使其成为在当今的现代化工业运营中必不可缺的工具。

特点：
1）非接触测量，不易受油液介质影响；
2）结构简单，使用方便，灵敏度高，最高分辨率达0.05微米；
3）频率响应范围宽（0~10kHz），适合动态测量。

《传感器与检测技术》电涡流式传感器的静态指标实验报告课程名称：传感器与检测技术实验类型：验证型实验项目名称：电涡流式传感器的静态指标一、实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及特性。

二、基本原理：电容传感器以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。

电容传感器的输出是电容的变化量。

利用电容C=εA/d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）、和测液位（A变）等多种电容传感器，电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱（圆筒）形。

实验中为差动变面积式，传感器由两组定片和一组动片组成。

当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应的变化，成为差动电容。

如将上层定片与动片形成的电容定为Cx1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当将Cx1和Cx2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。

三、需用器件与单元：电容传感器、电容放大器、低通滤波器、电压/频率表、激振器Ⅱ、双踪示波器、电桥、振动平台、主、副电源。

四、实验步骤1、了解电容式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上电容的符号。

安装好测微头，使电容动片大致处于静片中间位置。

2、开启主、副电源，差放输出短接接地调零后，电压/频率表打到20V，关闭主副电源。

按图接线，检查无误后开启主、副电源，调节测微头，使电压/频率表示数为零。

3、每隔0.1mm向上（或下）转动测微头，记下此时测微头移动距离及电压/频率表的读数，填入下表 1 电容输出电压与位移的关系，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大。

表 1 电容输出电压与位移的关系4、退回测微头至初始位置，并开始以相反方向旋动，同上记下X及V值填入下表2 电容输出电压与位移的关系（反向）。

技术介绍检测技术介绍ACFM检测深圳中海油服深水技术有限公司ACFM检测技术概述ACFMACFM发展技术发展而来ACPD技术发展而来技术由•ACFMACFM技术由技术由ACPD是电流扰动技术•ACFMACFM是电流扰动技术有重大分别Eddy current有重大分别•与涡流技术与涡流技术Eddy current对金属产生产生固定电流后再测定表面裂缝改变的•对金属产生一固定电流后再测定表面裂缝改变的一固定电流后再测定表面裂缝改变的电磁场•是电磁场的定量分析•可测量裂缝的深度及长度2ACFM检测技术概述检测技术概述ACFM检测原理ACFM检测技术概述检测技术概述检测原理对应裂缝的起Bz对应裂缝的起Bz点及终点点及终点,当探头,经过裂缝时在起终点出现波峰，因此点出现波峰，因此，测出裂缝长度对应电流密度,,BxBx对应电流密度裂缝加深密度裂缝加深密度减减少，因此测出裂少，因此测出裂缝的深度检测技术概述ACFM检测技术概述检测特点☐可穿透涂层进行检测，不用破坏原有防腐涂层穿透涂层进行检测，不用破坏原有防腐涂层☐可准确测量裂纹长度和深度工件表面清洁度要求低低☐工件表面清洁度要求检测速度快，效率高，单条11米焊缝米焊缝55分钟即可完☐检测速度快，效率高，单条检测速度快效率高单条1单条成检测，并判断是否有裂纹☐软件自动成像，易于发现裂纹缺陷软件自动成像易于发现裂纹缺陷☐可自动或手动检测简单和复杂的结构仪检结广被世名机构仪器检测结果已广泛被以下世界知名机构承☐ACFMACFM仪器检测结果已广泛被以下世界知名机构承、DNVVeritas、Bureau Veritas、DNV、ABS、认：、Bureau认：LloydsLloyds、、ABSG i h Ll dGermanischer Lloyd。

ACFM检测技术概述检测技术概述应用范围铬镍铁合金,,青不锈钢,,钛,铬镍铁合金☐可测广泛材质可测广泛材质::碳钢碳钢,,不锈钢铜,铝☐广泛焊缝检测☐螺纹（特制螺纹探头）检测（特制螺纹探头）螺纹检测☐深海及航空检测☐高温环境检测高温环境检测☐危险环境检测检测系统ACFM检测系统U31R型ACFM系统组成1水下电子瓶1个3水上单元电源1个4漏电保护器1个6293R探头1个8脐带缆1盘9通信线1根检测系统ACFM检测系统ACFM处理软件ASSISTu ACFM数据采集及分析软件，能实时采集检测数据，并生成图像，便于检测工程师对焊缝状态进行分析；通过分析处理计算出裂纹的长度和深度。

传感器与检测技术课程设计--电涡流位移传感器总结报告院系：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：XXXXXXXX成员：XXX XXX指导老师：XXXXXXX年XX月XX日目录一、概述 (2)二、总体设计方案 (2)三、电涡流传感器的基本原理 (3)3.1 电涡流传感器工作原理 (3)3.2 电涡流传感器等效电路分析 (3)3.3 电涡流传感器测量电路原理 (4)四、电涡流传感器探头参数设计 (6)五、电涡流传感器新型测量电路的设计 (7)5.1 电路实现方案 (7)5.2 振荡电路的选择 (7)5.3 滤波电路的选择 (8)5.4 增益调节电路的选择 (9)5.5 移相电路的选择 (9)5.6 电压-电流转换电路的选择 (11)六、误差分析 (12)6.1 非线性补偿 (12)6.2 动态特性 (13)6.3 温度补偿 (13)七、设计总结 (13)电涡流位移传感器设计一、概述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。

在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。

如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。

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、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。

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。

实验二十四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：通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。

四、验步骤：１、根据图８－１安装电涡流传感器。

图８－１电涡流传感器安装示意图图８－２电涡流传感器位移实验接线图2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。

３、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有Ｌ的两端插孔中，作为振荡器的一个元件（传感器屏蔽层接地）。

４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

５、将实验模板输６、用连接导线从主控台接入＋15V直流电源出端V0与数显单元输入端Vi相接。

数显表量程切换开关选择电压20V档。

到模板上标有+15V的插孔中。

７、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入表8-1。

表8-1电涡流传感器位移X与输出电压数据8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。

五、思考题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？答：电涡流的大小与探头线圈直径金属导体的电阻率c，厚度t，线圈的励磁电流角频率ω以及线圈与金属块之间的距离x等参数有关。

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。

实验三十光纤传感器的位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。

二、基本原理：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。

空间应用高精度电涡流位移传感器设计与验证
刘燕锋;姚宁;袁利;马官营;李玉猛;胡隽
【期刊名称】《空间控制技术与应用》
【年(卷),期】2024(50)3
【摘要】针对空间超静平台高精度非接触位移测量的需求,研制了一种适用于空间应用的高精度电涡流位移传感器.根据传感器工作原理建立探头敏感线圈阻抗模型并对其固有非线性进行仿真分析.基于高精度平衡电桥检测电路,提出一种非线性校正方法,该方法无需额外的校正电路,通过平衡电桥阻抗网络设计以及解调相位设计,将传感器输出非线性由12%降低到0.98%.测试验证结果表明,研制的空间应用高精度电涡流位移传感器在±3 mm量程范围内,测量非线性达到0.98%.该传感器已经成功进行在轨应用.
【总页数】8页(P86-93)
【作者】刘燕锋;姚宁;袁利;马官营;李玉猛;胡隽
【作者单位】北京控制工程研究所;中国空间技术研究院
【正文语种】中文
【中图分类】V441;TP212
【相关文献】
1.高温型电涡流位移传感器及高精度测量电路
2.电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应
3.基于LDC1614的磁浮电涡流位移传感器设计
4.高精度电涡流位移传感器
5.简易电涡流位移传感器的设计
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