屏蔽式电涡流振动传感器阻抗计算分析与实验研究文献综述

 2022-10-28 10:27:08
  1. 文献综述(或调研报告):

电涡流传感器原理:电涡流传感器就是能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨率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。电涡流位移传感器能够准确测量被测体( 必须是金属导体) 与探头端面之间的静态和动态距离及其变化。

电涡流传感器采用的是感应电涡流原理, 前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈, 在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近, 则这一磁场能量会全部损失; 当带有高频电流的线圈靠近被测金属时, 线圈上的高频电流所产生的高频电磁场便在金属表面上产生感应电流, 电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个与头部线圈所产生的方向相反的交变磁场, 由于其反作用, 使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变,即线圈的特征阻抗Z的改变。电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状尺寸,电流频率等参数有关,通常,电导率、磁导率,几何参数、电流频率和电流强度这些参数是可控的, 则特征阻抗Z就成传感器探头线圈和导体之间距离D的单值函数, 通过电路可将被测金属相对于传感器探头之间的距离变化转换成电压或电流变化。电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

屏蔽式电涡流传感器:屏蔽式电涡流传感器把线圈置于探头壳体内,与探头壳体端面平齐,使传感器的安装环境更加灵活。这种结构形式的电涡流传感器探头壳体将对线圈形成一定的屏蔽,即传感器的线性范围以及灵敏度等都会受到一定影响。

【5】为考察电涡流传感器中等效电路的适用性,本文从被测体材料角度出发 ,在分析等效电路基础上,采用分离变量法和数值计算法,得到不同被测材料下探头线圈阻抗与提离高度的关系,并与从等效电路得出的结论比较,确定等效电路的适用性,同时考察被测体厚度对线圈阻抗的影响 ,最后对得出的结论进行理论分析。结果表明,等效电路的适用性与被测体的涡流渗透厚度无关 ;对非磁性材料作用下的检测系统,等效电路适用 ,对铁磁性材料则不适用 ;同时在计算线圈阻抗时,应保证被测体厚度大于其涡流渗透厚度的20%。

【6】本文根据电磁场理论和传感器结构与外界激励特点,详细推导了作用于被测体 包括磁性和非磁性导体上的线圈阻抗表达式,并在偏微分方程理论的基础上,将其转换为更易求解的级数形式,由获取线圈阻抗值。同时采用有限元法对传感器实际工况进行数值仿真,得到了检测系统的磁力线分布和线圈阻抗值。最后,对理论推导方法和有限元法计算得到的线圈阻抗值进行了对比和验证。

【7】针对电涡流传感器的探头线圈与被测材料间电磁耦合的输出阻抗的定量计算问题,在DARKOV提出的变压器模型的基础上,通过将探头线圈与被测材料中涡流分 布区域全部进行轴向与径向的划分,提出了以单元涡流与单元线圈为基础的改进变压器模型.通过求解包括所有单元涡流和单元线圈的电压方程组,得到探头线圈的输出阻抗.通过将改进前后变压器模型的计算结果与实测输出阻抗值相比较,验证了改进变压器模型的有效性.结果表明,改进变压器模型的计算值与实际吻合度高,能够定量分析参数变化对线圈输出阻抗的影响,对于电涡流传感器的设计与应用,具有一定的参考价值.

【8】针对涡流传感器的线圈阻抗值分析法问题,提出了理论计算和有限元法 2种方法。介绍了线圈阻抗的级数表达式。建立有限元模型,通过有限元仿真得到传感器磁力线分布和线圈阻抗图。最后将仿真结果与理论推导结果相对照:1)介绍了电涡流传感器线圈阻抗级数表达式,求得线圈阻抗值。它有助于研究和解决涡流无损检测中的正问题和逆问题。 2)建立了电涡流传感器的有限元模型,并通过有限元法得到了传感器的磁力线分布和线圈的阻抗值。 3)在相同计算条件下,通过理论推导和有限元分析出来的数据进行对比 ,说明了建立传感器有限元模型的合理性。

【16】黄云龙,谢振宇,张 浩,张晓阳等建立电涡流传感器探头线圈的等效模型,根据理论推导和 ANSYS参数化建模仿真,分析探头线圈的设计参数对电涡流传感器线性度、灵敏度和测量范围的影响。根据所确定的设计参数,利用印刷电路板制造工艺,制作 PCB板探头线圈,并测试了基于 PCB板探头线圈的电涡流传感器的静态和动态性能。结果表明,PCB板探头线圈制造工艺成熟稳定,一致性很高,质量容易保证,基于 PCB板探头线圈的电涡流传感器可以满足实际应用的需要。

【17】在本文中,Mizuno Tsutomu描述了三种类型的传感器探头,并且可以通过将最大品质因数/(最大值)和频率/与/(最大值)与/传感器探头的特性进行比较,从而将探头类型识别出来。

参考文献:

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