基于LDC1101的电涡流传感器设计

传统的模拟式电涡流传感器存在容易受到干扰、电路设计复杂的问题而利用现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLD)软件实现测量电路和输出信号的数字式电涡流传感器调试复杂的问题。针对以上问题,设计了基于LDC1101的数字化电涡流传感器,实现载波信号发生和测量信号解调于一体,并把测量结果通过SPI通信传输给控制器。每个传感器模块由1个LDC1101芯片、1个电涡流传感线圈和1个匹配电容组成。极大简化了电路设计以及调试难度。此传感器测量方法已用于无轴承永磁电机的悬浮控制中对转子磁钢的径向位置测量中。通过4只传感器安装在信号采集电路板上,差分测量然后计算出转子的x和y位置。试验结果表明,该方法分辨率高,可靠性好。

基于电涡流传感器的水润滑轴承磨损监测系统

为了实时监测轴承磨损状态,保证舰船航行安全,设计一种基于电涡流传感器的水润滑轴承磨损监测系统。将电涡流传感器固定安装在导流罩上,静态获取尾轴停止时的下沉位移测量磨损量,动态测量尾轴转动时输出的正弦信号,通过软件法求解瞬时转速。对系统主要硬件进行设计和选型,确保其满足磨损监测的需要,同时对软件的工作流程和主要功能模块进行设计,完成监测系统的研发。经过试验测试验证,该系统各项功能符合预期目标,能够有效监测水润滑轴承磨损状态。研究成果对水润滑轴承的使用和维修具有指导意义和应用价值。

空间应用高精度电涡流位移传感器设计与验证

针对空间超静平台高精度非接触位移测量的需求,研制了一种适用于空间应用的高精度电涡流位移传感器.根据传感器工作原理建立探头敏感线圈阻抗模型并对其固有非线性进行仿真分析.基于高精度平衡电桥检测电路,提出一种非线性校正方法,该方法无需额外的校正电路,通过平衡电桥阻抗网络设计以及解调相位设计,将传感器输出非线性由12%降低到0.98%.测试验证结果表明,研制的空间应用高精度电涡流位移传感器在±3 mm量程范围内,测量非线性达到0.98%.该传感器已经成功进行在轨应用.

基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器

为了实现大行程精密光学调焦组件的高精度实时检测,研究基于轴向电涡流效应的高精度长位移传感器。建立了长位移电涡流探头仿真模型进行线性度测试,搭建电涡流传感器测试系统进行精度实验,并将长位移电涡流传感器接入精密光学调焦组件。实验结果表明:在可测量位移达到24 mm的同时,线性度优于1%,分辨率优于0.5μm,精度优于1μm,高精度长位移电涡流传感器符合精密光学调焦组件的需求。

基于多目标优化算法的大量程涡流传感器探头优化设计

在大量程涡流位移传感器测量系统中,探头线圈的几何参数直接关系到整个测量系统的性能。针对大量程涡流位移传感器探头线圈的优化设计,提出了一种基于多目标优化算法的设计方法。首先,通过COMSOL有限元仿真软件建立传感器探头模型,计算不同参数下线圈的归一化灵敏度和分辨力;其次,采用BP神经网络建立归一化灵敏度、分辨力与线圈参数之间的模型;最后,利用遗传算法进行多目标优化,获得最佳线圈参数。实验结果表明:优化后的传感器线圈,其归一化灵敏度与分辨力分别提高了0.02/mm和0.94μH,证明了所提出优化算法可以有效提升涡流传感器探头的性能指标。

基于COMSOL仿真软件的电涡流传感器教学探索

为了提升课堂教学效果,辅助学生理解电涡流传感器的检测原理及相关抽象概念,采用COMSOL仿真软件,构建了电涡流传感器探头线圈的仿真模型,并采用有限元的分析方法对其进行求解计算。通过对仿真结果的分析,学生可以直观地看到,当涡流线圈激励频率、提离距离、线圈内径、线圈外径和线圈厚度变化时,电涡流传感器的检测灵敏度将随之发生变化,有助于学生对电涡流传感器相关知识的理解和掌握,提高了学生的学习热情和思考深度。

基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器误差分析及抑制方法研究

基于电涡流效应的绝对式直线位移传感器具有结构简单、分辨率高、响应速度快和抗干扰能力强的特点。相比于增量式直线位移传感器,该类型的传感器不仅不受断电的影响,还能实现更加快速和精确的绝对定位。但是,传感器制造、安装及电信号处理等环节处理不理想会产生无效电动势,带来对极内的1次、2次和4次误差。针对上述问题,使用信号补偿的方式抑制1次和2次误差,采用空间移相的方式消除感应信号中的3次谐波,以此抑制4次误差。对优化后的传感器进行误差抑制实验,验证了误差来源分析的正确性以及抑制方法的有效性。实验表明:误差抑制后的传感器节距内误差峰峰值由32μm优化为6μm,性能大幅度提升。

互感式自调零正交涡流传感器设计与研究

针对涡流检测过程中传感器易发生提离和摇晃造成缺陷误判和漏检的问题,利用电磁场理论,研究了双Pancake式线圈之间的零互感特性,提出了一种互感式正交自动调零涡流传感器;同时搭建了基于六轴机器人引导的涡流检测系统,对铝筒体轴向和环向表面裂纹进行了相关实验研究。结果表明:相比同轴型涡流传感器,该传感器在筒体缺陷检测过程中对提离和摇晃的抑制力更佳,通过面内旋转其激励线圈至0°和90°,能够清晰地识别出铝筒体轴向和环向的表面裂纹。该传感器在不依赖高精度姿态校准前提下,有效解决了提离和摇晃造成缺陷误判和漏检的问题,对导电结构外场原位检测具有重要的应用意义。

基于STM32与电涡流传感器的硬币盲盒识别系统

采用电涡流传感器构建一套盲盒中硬币自主识别系统,首先,通过STMF103VET6单片机结合E18-D80NK光电开关传感器来判别检测区域有无硬币盲盒,利用电涡流传感器模块以感知硬币的特征值,对比特征值与存储器中的预设值范围,判断当前检测区域中有无盲盒状态以及硬币种类和数目,并通过OLED实时显示。对于新型硬币组合,采用系统自学习的方式记忆新出现币种的特征。通过对各个模块的测试和整体测试,该系统可以有效地对检测区中硬币的种类和数量完成速度快、精度高的识别。

应用于涡流无损检测的柔性磁阻传感器

为了研究平面探头和曲面探头在检测平面缺陷和曲面缺陷方面的差异,本文分别使用刚性印刷电路板和柔性印刷电路板(FPC)设计了刚性探头和柔性探头。实验结果表明,在平面铝板上,刚性探头和柔性探头的信噪比分别为30.2 dB和24.6 dB。在弯曲缺陷中,刚性探头的信噪比最低为14.8 dB,柔性探头的信噪比最低为27.1 dB。综合考虑温度稳定性、信噪比、价格等因素,刚性探头适用于小曲率的平面缺陷检测,柔性探头适用于曲面检测。

电涡流柔性触觉传感器的结构设计与实验

基于电涡流原理设计了一种可检测三维力的柔性触觉传感器。该传感器的结构采用多线圈阵列与柔性材料相结合的方式,外部施加的力使柔性材料形变,从而使金属薄层与线圈的间距改变,进而各线圈的感应电压发生变化。通过外部施加的力与线圈输出的感应电压之间的关系,建立对应的特征函数,判断外力施加的方向和大小。根据所设计的传感器结构确定制造工艺并进行制备,经一系列试验测试了传感器的输出特性,结果表明所设计的传感器具备三维传感能力,满足机器人柔性触觉感知和三维测量工作的需要。

柔性科赫分形涡流传感器C扫描试验分析

利用柔性科赫分形涡流传感器与传统柔性圆形分形涡流传感器,基于C扫描方式对金属表面裂纹的覆盖面进行了检测。试验结果表明,使用C扫描方法,可以对长度不小于3 mm的裂纹进行有效识别。其中,与传统柔性圆形分形涡流传感器相比较,柔性科赫分形涡流传感器所检测的信号衰减程度较小,不易出现漏检现象,且在检测微小裂纹时表现得尤为明显。

基于响应面法脉冲涡流传感器结构优化设计

研究了脉冲涡流检测技术的传感器,对传感器结构参数进行优化设计,主要针对锥型骨架、线圈、磁芯和绝缘体。借助响应面法和有限元分析法对聚焦传感器和传统传感器进行对比分析,结果表明:磁聚焦传感器在磁感应强度上比传统传感器提高28.41%,聚焦范围缩小66.6%,计算结果在误差范围内,表明优化后的聚焦传感器结构合理可行,进一步为脉冲涡流探头设计提供参考价值。

基于LabVIEW的电涡流传感器自动校准系统

电涡流传感器作为常见的振动传感器,被广泛应用于火力发电机组等大型旋转机械静态安装调试和动态运行状态监测。为了解决该传感器校准过程中人工参与度高、重复操作、检测效率低等问题,本文通过LabVIEW软件,开发了上机位自动控制系统,实现了电涡流传感器动态静一体化自动校准及数据处理和证书报表的自动生成。

疲劳环境对柔性涡流阵列传感器输出信号的影响规律研究

将柔性涡流阵列传感器与金属结构集成实施裂纹监测的过程中,结构会受到装配应力、工作应力等疲劳环境的作用,进而对裂纹监测过程带来影响。通过不同结构损伤状态和不同疲劳环境下的裂纹监测试验,研究了疲劳环境对柔性涡流阵列传感器输出信号的影响规律。研究表明:当被监测结构无裂纹时,疲劳环境对传感器输出影响很小;当被监测结构出现裂纹后,传感器输出信号会随着疲劳环境的变化出现明显波动,进而会对裂纹监测过程产生一定的影响。

磁传感器尺寸对涡流检测性能的影响

涡流检测中的电磁场在空间中的衰减速度较快,传感器尺寸是影响涡流检测灵敏度的重要因素。采用尺寸较大的磁通门磁强计实现了304不锈钢20 mm深度处、铝合金16 mm深度处的检测,同时对试验过程进行了数值模拟,发现磁场Bx信号最大变化量的实际结果比数值模拟结果低33%~44%,但定性上两者符合得较好;数值模拟发现,小尺寸高灵敏度磁传感器涡流检测的灵敏度大幅优于感应线圈涡流检测仪的灵敏度,传感器的小尺寸可以弥补磁灵敏度上的劣势;同时可根据传感器尺寸与灵敏度绘制灵敏度需求曲线,比较不同传感器的涡流检测灵敏度。该结果有助于优化新型涡流传感器的设计。

基于粒子群算法的传感器设计与磁悬浮应用

基于磁悬浮控制系统亟待一种体积更小、成本更低的位移传感器,研究了以电涡流传感器为原理的横向磁通传感器。基于该传感器的工作原理分析,采用粒子群算法设计了传感器的激励线圈与感应线圈参数,简化了横向磁通传感器的设计过程。所研制出的位移传感器灵敏度为7.2 V/mm,线性度为1.7%,可检测范围为±0.5 mm。将该传感器应用在一台磁悬浮永磁同步电机系统中,在电机转速20000 r/min时,高速磁悬浮转子仍保持稳定运行,且无论在稳态还是动态工况下,本文研制的横向磁通传感器均能满足磁悬浮电机位移检测和悬浮控制的要求,达到同类产品的控制效果。

柔性差测量科赫分形涡流传感器内部裂纹检测

柔性涡流传感器由于其可变形性有望被用于复杂形貌结构的无损检测。柔性科赫分形涡流传感器由于其局部微结构对涡流的调理效果,对各方向短裂纹检测性能的一致性较高,但该传感器对于近表面及内部裂纹的检测还未展开研究。构建了差测量传感器的等效电路模型;通过仿真方法研究了涡流分布随深度的演化规律;通过试验方法,研究了传感器对覆盖不同厚度铝板预制裂纹试块的检测效果。有限元结果表明,随着深度的增加,涡流密度减小,集中性降低,分布的形态与其在表面差异越来越大,形态由雪花状向圆形演化。试验结果表明,传感器输出信号随着覆盖层厚度的增加而减弱;当激励频率为10 kHz时,传感器可检测到裂纹时覆盖铝板最大厚度为2.0 mm。

空间强约束条件下电涡流传感器特性影响分析

针对快速控制反射镜中电涡流传感器因空间强约束影响使用性能的问题,采用有限元分析方法,建立了基于快速控制反射镜的差动式电涡流传感器仿真模型,对涡流传感器被测面大小受限时的测量结果进行了仿真与分析。结果表明:当因快速控制反射镜内部音圈电机和柔性支撑贴近电涡流传感器导致传感器的被测面半径从满足3倍测头半径压缩到1倍时,电涡流传感器的灵敏度降低了47%,非线性误差增大了96%。但电涡流传感器的测量值在量程范围内保持单调变化,对传感器非线性进行校正后仍可实现快速控制反射镜的角度测量。

柔性涡流阵列传感器孔边裂纹监测技术

针对这一问题,提出了一种带双面补强的柔性涡流阵列传感器并用于孔边裂纹监测。通过COMSOL有限元软件建立传感器和被测试验件的有限元模型,分析提离距离、垫片磁导率变化和裂纹扩展对传感器输出信号的影响;制备带补强和不带补强的传感器,并开展挤压实验和在线疲劳裂纹监测实验;根据实验结果和仿真结果之间的差异进行误差分析。结果显示:随着提离距离和垫片磁导率的增加,传感器输出感应电压逐渐增大;传感器裂纹监测灵敏度随着提离距离的增加而逐渐减小;带补强的传感器可以在螺栓拧紧扭矩为63 N·m的条件下工作,而不带补强的传感器在拧紧力矩为50 N·m时完全失效;通过在线疲劳裂纹监测实验验证了带补强的传感器对裂纹具有定量监测能力,裂纹监测精度与激励线圈之间的间距一致,可达1 mm;实验结果与仿真结果之间的差异主要由提离距离引入。