[發明專利]一種基于電渦流原理的電機位移傳感器

在審

• 申請號: 202210348506.6
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114577105A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張詩博;胡文婧;甘強;寧亞
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所 11302
• 代理人: 王玉璇

1.一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，包括傳感器的探頭(1)、延伸電纜(2)和前置器(3)三個部分，其特征在于，所述探頭(1)通過延伸電纜(2)與前置器(3)相連接，探頭(1)檢測端靠近被測體(4)，所述探頭(1)的前端設置有探頭線圈(101)，所述探頭(1)是在探頭骨架上由漆包銅線繞制而成的，由于探頭線圈(101)電磁特性的需求，探頭骨架是由聚四氟乙烯材料制成，探頭線圈(101)裝在由不銹鋼制成的殼體內，作為連接傳感器探頭(1)與前置器(3)的延伸電纜(2)則是耐高溫的射頻電纜，前置器(3)是一個能屏蔽外界干擾信號的金屬盒子，其中裝有測量電路，并用環氧樹脂灌封。

2.根據權利要求1所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述被測體(4)靠近探頭(1)一側的表面具有渦流(103)，所述渦流(103)和探頭線圈(101)之間具有磁通量(102)。

3.根據權利要求1所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述前置器(3)包括振蕩器、檢測電路和放大器，所述振蕩器與延伸電纜(2)相連接，且振蕩器、檢測電路和放大器依次電性連接，所述前置器(3)內還設有線性補償電路。

4.根據權利要求1所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述探頭線圈(101)即線圈L，當線圈L中通有高頻交變電流I₁時會在線圈周圍產生交變磁場H₁，交變磁場H₁將在附近金屬導體的被測體(4)中產生電渦流I₂，同時產生交變磁場H₂，且H₂與H₁的方向相反，由于交變磁場H₂對交變磁場H₁有反作用，使得線圈中電流I₁的大小和相位均發生變化，即會引起線圈中的等效阻抗發生變化。

5.根據權利要求1所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述傳感器與被測體(4)的等效電路中，推得電壓平衡方程組如下：

由式(2-1)解得I₁和I₂分別為：

由此可以得到傳感器線圈受金屬導體影響后的等效阻抗為：

傳感器線圈的等效電阻R和等效電感L分別為：

傳感器線圈的品質因數Q為：

由于電渦流的影響，傳感器線圈的電阻由原來的R₁變為R,電感由L₁變為L,電渦流使線圈的電阻增加、電感減小,同時，電渦流會導致傳感器線圈品質因數降低。

6.根據權利要求3所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述檢測電路包括晶體振蕩器、線圈檢測電路、放大器、檢波電路和濾波器，所述晶體振蕩器、線圈檢測電路、放大器、檢波電路和濾波器依次電性連接。

7.根據權利要求6所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述檢測電路中采用諧振電路，在單個傳感器線圈測量條件下，直接測量傳感器線圈兩端電壓信號，為減少環境因素的影響，使用兩個傳感器線圈安裝在被測體(4)移動方向的兩邊，進行差分測量，檢測電路通過測量兩線圈兩端電壓的差分信號，以提高傳感器靈敏度。

8.根據權利要求6所述的一種基于電渦流原理的電機位移傳感器，其特征在于，所述放大器為差動放大電路，通過高輸入阻抗減少信號源內阻的影響，高共模抑制比CMRR減少信號工頻干擾及所測量的參數以外的作用的干擾。