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電渦流傳感器的系統(tǒng)工作機(jī)理是電渦流效應(yīng)。當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時(shí),在前置器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻電流信號(hào),該信號(hào)通過(guò)電纜送到探頭的頭部,在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1,見圖1-1。如果在磁場(chǎng)H1的范圍內(nèi)沒(méi)有金屬導(dǎo)體材料接近,則發(fā)射出去的交變磁場(chǎng)的能量會(huì)全部釋放;反之,如果有金屬導(dǎo)體材料靠近探頭頭部,則交變磁場(chǎng)H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng),該電渦流場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2。由于H2的反作用,就會(huì)改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位,即改變了線圈的有效阻抗。這種變化既與電渦流效應(yīng)有關(guān),又與靜磁學(xué)有關(guān),即與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離參數(shù)有關(guān)。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的,其性能是線性和各向同性的,則線圈─金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通??捎山饘賹?dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r、線圈與金屬導(dǎo)體的距離δ,線圈激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率ω等參數(shù)來(lái)描述。因此線圈的阻抗可用函數(shù)Z=F(μ,σ,r,δ,I,ω)來(lái)表示。
如果控制μ,σ,r,I,ω恒定不變,那么阻抗Z就成為距離δ的單值函數(shù),由麥克斯韋爾公式可以求得此函數(shù)為一非線性函數(shù),其曲線為“S”形曲線,在一定范圍內(nèi)可以近似為一線性函數(shù)。
在實(shí)際應(yīng)用中,通常是將線圈密封在探頭中,線圈阻抗的變化通過(guò)封裝在前置器中的電子線路處理轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。這個(gè)電子線路并不是直接測(cè)量線圈的阻抗,而是采用并聯(lián)諧振法,見圖1-2,即在前置器中將一個(gè)固定電容和探頭線圈LX并聯(lián)并與晶體管T一起構(gòu)成一個(gè)振蕩器,振蕩器的振幅UX與線圈阻抗成正比,因此振蕩器的振幅UX會(huì)隨探頭與被測(cè)間距δ的改變而改變。UX經(jīng)檢波、濾波、放大、非線性修正后輸出電壓UO,UO與δ的關(guān)系曲線如圖1-3所示,可以看出該曲線呈"S”形,即在線性區(qū)中點(diǎn)δO處(對(duì)應(yīng)輸出電壓UO)線性,其斜率(即靈敏度)較大,在線性區(qū)兩端,斜率(即靈敏度)逐漸下降,線性變差。(δ1, U1)為線性起點(diǎn),δ2, U2)為線性末點(diǎn)。
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