Neo电涡流式传感器特性测试系统设计.doc

1、 西安交通大学城市学院本科毕业设计（论文）开题报告题 目 电涡流式传感器特性测试系统设计 所 在 系 电信系 学生姓名 张航 专 业 电气工程及其自动化 班 级 教改电 101 学号 11110018 指导教师 张永超 教学服务中心制表2013 年 12 月本科毕业设计（论文）开题报告对 题 目 的 陈 述1.结合毕业设计（论文）课题情况，根据查阅的文献资料，撰写 1000 字左右的文献综述：随着现代测量、控制盒自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。特别是近年来，由于科学技术的发展及生态平衡的需要，传感器在各个领域的作用也日益显著。传感器技术的应用在许多个发达国家中，已经得到普遍重

2、视。电涡流传感器已成为目前电测技术中非常重要的检测手段，广泛的应用于工程测量和科学实验中。涡流技术由于具有的很多优点而被广泛应用。首先，它是非接触检测，而且能穿透非导体的覆盖层，这就使得在检测时不需要做特殊的表面处理，因此缩短了检测周期，降低了成本。同时，涡流检测的灵敏度非常高。涡流检测按激励方式和检测原理的不同可以分为单频涡流、多频涡流、脉冲涡流、远场涡流等，下面对这些技术的发展简要的加以介绍。 传统的涡流采用单频激励的方式，主要来对表面及近表面的缺陷进行检测， 根据被测材料及缺陷深度的不同，激励频率的范围从几赫兹到几兆赫兹不等，为 了得到良好的检测信号，激励线圈必须在缺陷的附近感应出最大的

3、涡流，感应电 流的大小和激励频率、电导率、磁导率、激励线圈的尺寸和形状以及激励电流的 大小有关,通过测量阻抗或电压的变化来实现对缺陷的检测。然而，由于其它参数也很敏感，这就影响了对缺陷的检测。 为了克服单频涡流的缺点，1970 年美国人 Libby 提出了多频涡流的技术（Multi-frequency Eddy Current, MFEC），多频涡流是同时用几个频率信号激励探头，较单频激励法可获取更多的信号，这样就可以抑制实际检测中的许多干扰因素，如热交换管管道中的支撑板、管板、凹痕、沉积物、表面锈斑和管子冷加工产生的干扰噪声，汽轮机大轴中心孔、叶片表面腐蚀坑、氧化层等引起的电磁噪声，以及探头

4、晃动提离噪声等。理论与实践表明，被测工件的缺陷和上述干扰因素对不同频率的激励信号各有不同的反应，可反应出不同的涡流阻抗平面。利用这一原理，用两个（或多个）不同频率的正弦波同时激励探头，然后由两个（或多个）通道分别进行检波、放大和旋转等处理，此后，通过多个混合单元的综合运算，就可以有效的去除信号干扰，准确的获取缺陷信号。但是，多频涡流只能提供有限的检测数据，很难以可视化的方式实现对缺陷的成像检测。 从涡流检测仪器的发展历程来看，共经历了五个阶段。第一代产品是以分立 元件为基础，采用简单谐振方式的一维显示模拟仪器，只有一种检测频率；第二 代产品是以阻抗分析法为基础，部分采用集成电路技术；第三代产品

5、是多频涡流 仪，利用不同频率下被检金属材料反射阻抗不同的原理，提高了对材料特性或缺 陷的检测能力，并通过混频处理抑制干扰信号，达到去伪存真的目的；第四代产 品是以计算机技术为基础的智能化、数字化产品，具备频谱分析、涡流成像等功 能；第五代产品是以 DSP 技术、阵列技术、多通道技术、通信传输技术及其它无损检测技术相互融合为一体的多功能仪器，它能够对缺陷进行检测、分析和判断，并通过其他技术的辅助检测，以验证其结果的正确性。 近年来，随着科学技术的发展，涡流检测技术在开发使用方面取得了突破性 进展。从硬件技术方面来看，大规模、超大规模集成电路的应用大大缩小了仪器 的体积和功耗；从软件技术方面看，计

6、算机微处理器的性能大幅度提高，以“软”代“硬”成为一种趋势，整机的智能化水平有了很大提高，从而大大降低了对仪器使用者操作技能的要求。目前，涡流技术已被广泛应用到对不同材料和结构的 检测，主要包括：对飞机结构的检测、压力容器的检测、焊接结构的检测，除此之外，还被用来对位移进行测量。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

7、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。（说明选题意义、国内外研究现状、主要研究内容及技术方法）（ 小 四 号 宋 体 ，1.5 倍 行 距 ，下 同 ） 2.课题研究的方案设计（方法、手段、技术路线、可行性论证）从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。根据法拉第电磁感应原理，块状

8、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。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的 Q 值也发生变化，Q 值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作

9、原理上来说仍是相似的。3.主要进度安排1、2014-1-9-2014-1-22 选题2、2013-1-232014-02-23 题目分析，收集资料3、2014-02-232014-03-1 整理资料，完成开题报告4、2014-03-22014-03-25 完成外文翻译，文献综述5、2014-03-262014-04-28 网络方案设计实现6. 2014-04-292014-05-15 方案测试完成论文初稿7. 2014-05-162014-05-25 设计完善与论文定稿8. 2014-05-26-2014-06-15 准备论文答辩4.参考文献目录1 熊炳卫. 摆动式焊缝跟踪涡流传感器特性研究D

10、. 湘潭大学, 2011. 2 张金玲, 吕英华, 弭强等. 电涡流传感器在硬币清分和识别中的应用研究C. /第 20 届全国电磁兼容学术会议. 2010. 3 刘利秋. 基于电涡流传感器测厚及材质鉴别的研究J. 沈阳航空工业学院学报, 2006, 23(5). DOI:10.3969/j.issn.2095-1248.2006.05.026. 4 吕云腾. 高温电涡流位移传感器分析与设计D. 浙江大学, 2014. 5 彭泽.一种电容式直线位移传感器设计与研究. 北方工业大学硕士论文 D.2014-6-30. 6 汪云, 张幽彤, 刘兴华 , et al. 车用电涡流位移传感器研究 J. 襄

11、樊学院学报, 2001, (2):58-61. 7 陈辉, 钟以波, 顾军. 基于电涡流传感器测量汽轮机转速的研究J. 传感器世界, 2011, 17(11). DOI:10.3969/j.issn.1006-883X.2011.11.003. 8 程默. 发电机在线振动转速监测系统研究D. 西南交通大学, 2013. 9 向俐霞. 基于电涡流传感器的机床振动测试系统设计J. 科技创新与应用, 2012, (6):5-6. 10付雪.圆箔式热流传感器的设计与实现. 南京理工大学硕士论文 D. 2014-01-01.学生（签名）： 年 月 日对开题报告的审查意见指导教师意见1.对“文献综述”的评语：2.对研究方案的评价和对研究结果的预测：指导教师（签名）： 年 月 日专业审查意见：（主要对题目难度、工作量、准备工作、方案设计给出评价）负责人（签名）： 年 月 日系审批意见：负责人（签名）： 年 月 日注：小四号宋体，1.5 倍行距。