本发明所述的传感器是一种非接触式测量相对位移、振幅的传感器。它可以用于各种机械主轴迴转精度分析,各种轴向变位的测量,钢板厚度的测量,车、磨削量在线测量以及化工、石油、电站主设备的主轴监测等。 目前国内涡流式位移振幅测量仪的传感器都是采用单线圈结构,取出信号比较低,美国BENTLY公司83年生产的7200系列的传感器也是采用单线圈结构,取出信号也较低,因此它们的分辨率、灵敏度、温度系数、精度等指标都难以再进一步提高。上述传感器的指标都在:分辨率0.01%(满量程),灵敏度8mV/μ,温度漂移0.1%/℃~0.07%/℃(二次仪表)、线性度1%。这种指标用于进行高精度测量,满足不了要求。
本发明针对以上传感器所存在不足进行了改进,传感器的结构采用了双线圈,激磁电流可变的方法,振荡器采用了高稳定度的石英晶体振荡源,并利用高精度稳压管双向限幅。使振荡器具有较高的频率和幅度的稳定性,并具有较强的负载能力。因而使整个仪器地灵敏度分辨率、线性度、温度系数等项指标大大地提高了。
图1为涡流式位移振幅测量仪的方框图。图中〔1〕为石英晶体振荡源、频率为2MHz。〔2〕为稳压二极管与正负精密基准电压源组成的双向高频限幅电路以及功率输出电路。〔3〕为双线圈传感元件。〔4〕为射极跟随与检波级。〔5〕为电压与功率放大级。〔8〕为3 1/2 数码显示部分。
工作原理:振荡器〔1〕、〔2〕供给传感器线圈〔3〕一高频电流,在传感器线圈前部产生高频磁场,当与被测金属材质靠近时,由于高频涡流效应,根据电磁感应定律,反过来影响传感器线圈参数的变化。引起传感器检测线圈两端输出电压发生变化,将位移振幅信号转换成高频电压幅度的变化信号,经检波〔4〕与电压功率放大〔5〕,最后由数码〔6〕显示。
图3(a)是双线圈工作原理图。图中:7是激磁线圈L1,8是检测线圈L2,6.9是谐振电容,为了提高传感器的转换系数,L1L21/5圈数比,并使L1L2为弱耦合,可由绕法决定,让L1C1L2C2处于串联、并联状态,当传感器远离被测金属材质时,L1L2C2呈感性,C1为容性,从L1L2C1C2结构的整体看,接近串联状态,L2C2处于并联谐振状态,这时L1中的高频激磁电流则相当大,L1两端电压则比较高,且L1L2为升压形式,使C2两端电压相当高;相反,当传感器靠近被测金属物质时,由于涡流效应使L1L2等效感量减少,损耗电阻增大,网络处于失调状态,激磁电流减小,由于L1L2是弱耦合,因此急剧破坏L1L2的耦合系数M,使得C2两端电压下降到很低值,因此传感器的灵敏度非常高。
由于传感器本身灵敏度比较高,要求线圈本身的温度稳定性要好,因此把线圈粘固在膨胀系数比较小的高频陶瓷上。
图3(b)是传感器线圈的结构图,图中:1是L1激磁线圈,2是L2检测线圈,3是陶瓷骨架,4是保护层。为了得到较高的灵敏度,采用平面检测线圈,即线圈沟槽很窄,激磁线圈绕在外面,检测线圈绕在里面,使L1L2耦合系数为弱耦合。图2为振荡器高精度稳幅电路及功率输出电路组成原理图。电路图中17.18为限幅稳压二极管,2、3、4、5、6、7组成负基准电压源,9、10、11、12、13、14、组成正基准电压源,27为限流电阻,19、20、21、22、23、24、25为功率输出电路。
图中15端是输入高频信号,通过稳压二极管17、18、双向限幅,使振荡器的幅度稳定度达到10-5以上,由于稳压二极管选用其击穿电压(稳压)值比较高,为6V左右。为了取得较合适的电压幅度,采用精密基准电压和稳压二极管组成高精度限幅。
本发明的要点是:涡流位移振幅传感器,是利用强高频电流进行激磁,并能自动地改变激磁电流的大小。为了达到高灵敏度和高分辨率,传感器的线圈采用了激磁与检测双线圈L1L2的结构形式所组成的,在绕法上L1L2为弱耦合,在电路上L1L2双线圈联接组成一个网络,工作中使激磁线圈处于串联谐振状态,检测线圈处于并联谐振状态。晶体振荡器是用高精度的限幅结构,稳定频率和幅度,因此传感器的取出信号非常高,线性度好。
本发明由于采用了L1L2弱耦合的双线圈传感器,以及频率和幅度
本发明由于采用了L1L2弱耦合的双线圈传感器,以及频率和幅度稳定的晶体振荡器,使传感器的各项指标大大地提高了。用这种传感器制造的涡流位移振幅测量仪具有精度高、信噪比高、分辨率高、线性度好、温度特性好。最高分辨力达0.01μ(动态),分辨率达2/105(1000μ档),温度漂移达0.01%/℃、线性度为200.0μ档0.2%、其余档0.5%。传感器的直径为Φ8mm。