电涡流位移实验

电涡流传感器标定及位移实验

一. 实验目的

通过本实验了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法。

二. 实验原理

电涡流传感器就是能静态和动态地非接触，高线性度，高分辨力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。

探头、(延伸电缆)、前置器以及被测体构成基本工作系统。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；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈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（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，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。

涡流检测不需要改变试件的形状，也不会影响试件的使用性能，因此，是一种无损地评定试件有关性能和发现试件有无缺陷等的检测方法。

涡流检测只适用于能产生涡流的导电材料。同时，由于涡流是电磁感应产生的，在检测时，不必要求线圈与试件紧密接触，也不必在线圈和试件之间充填满合剂，从而容易实现自动化检验。对管、棒、丝材表面缺陷，涡流检查法有很高的速度和效率。

涡流及其反作用磁场对代表金属试件物理和工艺性能的多种参数有反应，因此是一种多用途的试验方法。然而，正是由于对多种试验参数有敏感反应，也就会给试验结果带来干扰信息，影响检测的正确进行。

涡流检测设备用于各种金属管、棒、线、丝材的在线、离线探伤。在探伤过程中，能同时兼顾长通伤、缓变伤等长缺陷和短小缺陷（如通孔）；能够有效抑制管道在线、离线检测时的某些干扰信号（如材质不均、晃动等），对金属管道内外壁缺陷检测都具有较高的灵敏度；还可用于机械零部件混料分选，渗碳深度和热处理状态评价，硬度测量等。

图34.1 电涡流传感器工作原理图

三. 实验仪器和设备

1. DRVI可重组虚拟实验开发平台 1套

2. 德普施数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1套

3. 开关电源（LDY-A） 1套

4. 电涡流实验台 1台

四. 实验步骤及内容

1. 将电涡流位移台的传感器输出线与实验台上对应的接口相连。

2. 启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从DRVI工具栏和快捷工具条中启动“DRVI微型Web服务器”和“内置的Web服务器”，开始监听8600和8500端口。

3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。

4. 在DRVI软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http://服务器IP地址:8600/SensorLAB/index.htm”，打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“电涡流传感器标定及 位移”实验，按实验原理和要求设计该实验。

5. 本实验的原理设计参考图如图34.2所示。

6 . 选择该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件贴入DRVI软件平台，如图34.3所示。

图34.3电涡流位移传感器实验（服务器）

7. 首先进行传感器的标定：用标准塞尺测定K，b值，取两个点（即分别用两个不同的位移），计算出K，b的值作为标定结果。具体操作过程为：点击面板上的“运行”按钮， 转动电涡流传感器,改变位移,在位移台上标定一个位移,如"2.36"（或其他大小），然后输入“2.36（或其他值）”到“试载参数x1”输入框中，然后点击“标定1” 按钮记录下第一点的值；

改变位移量，比如

1.34，输入“1.34”到“试载参数x2”输入框中，然后点击“标定2”按钮记录下第二点的值；再点击“标定结果”按钮，得到K,b标定值。

8 . 标定完毕，即可进行位移测量。转动电涡流传感器，位移变化,然后点击“实测位移”按钮，得到被测物体的实际位移值。再改变位移量，观察和分析计算结果。

9 . 对于客户端，在服务器端进行标定及计算的同时，客户端也同步进行同样的操作，即在服务器端进行“标定1”参数读取的同时，客户端也进行“标定1”参数的读取，在服务器端进行“标定2”参数读取的同时，客户端也进行“标定2”参数的读取，然后完成标定计算过程及 位移测量过程。客户端示意图如图34.4所示。

图34.4电涡流位移传感器实验（客户端）

五. 注意事项

1. 安装电涡流探头时，必须首先把初始间隙调好。

2. 没有低通滤波功能的实验脚本得到的波形由于干扰较大，特征不明显，所以一般采用有低通滤波功能的实验脚本。

六. 实验报告要求

1. 根据实验内容整理实验结果，并分析和说明其检测原理。

2. 在客户端标定过程中，必须保持客户端与服务器端同步。

七. 思考题

1. 分析测量误差。

2. 应用于电涡流传感器还有那些？简述其工作原理。

附录：

1. 该实验的实验信号处理框图如图34.56所示

图34.5 电涡流位移传感器实验信号处理框图