电涡流传感器测量位移特性设计报告

摘要：本设计根据金属位移量影响涡流效应的强弱，利用电涡流传感器测量出金属位移量引起的电压变化模拟信号，并作为AD采集卡的输入量，最终在上位机实现金属位移量和电压变化的动态显示。本设计具有操作简单、精度高等特点。

关键词：AD采集卡，电涡流传感器，金属位移量，电压变化

1 工作原理

电涡流传感器采用的是感应电涡流原理,当带有高频电流的线圈靠近被测金属时,线圈上的高频电流所产生的高频电磁场便在金属表面上产生感应电流,电磁学上称之为电涡流。电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、几何尺寸、电流频率等参数有关。

当线圈与金属体的距离发生变化时（除距离以外，所有的参数不变），电涡流传感器将位移量转换成电压变化的模拟信号送给AD采集卡，最终在上位机实现对金属位移量和电压变化的实时显示。

2硬件设计

2.1系统框图

图2.1系统总体框图

2.2 PCI8735介绍

PCI8735是一种基于PCI总线的数据采集卡，可直接插在IBM-PC/AT或与这兼容的计算机内的任一PCI插槽中，主要应用于电子产品质量检测、信号采集、过程控制、伺服控制。

2.2.1 PCI8735的管脚定义

图2.2 PCI8735管脚排列

PCI8735引脚功能描述如下表：

表2.3 引脚功能表

2.2.2 DS18B20技术性能描述

1.转换器类型：AD7321

2.输入量程(InputRange)：±10V、±5V、±2.5V、0～10V

3.转换精度：12位(Bit)有效位，第13位为符号位

4.采样速率：最高系统通过率500KHz，不提供精确的硬件分频功能。说明：各通道实际采样速率=采样速率/采样通道数

5.模拟输入通道总数：32路单端，16路双端

6.采样通道数：软件可选择，通过设置首通道(FirstChannel)和末通道(LastChannel)来实现的。说明：采样通道数=LastChannel –FirstChannel+1

7.通道切换方式：首末通道顺序切换

8.AD转换时间：<1.6us

9.转换精度：12 位(Bit)有效位，第13位为符号位

10.程控增益：1、2、4、8倍(AD8251)或1、2、5、10倍(AD8250)或1、10、100、1000倍(AD8253)

11.模拟输入阻抗：10M?

12.非线性误差：±1LSB

13.系统测量精度：0.1%

14.工作温度范围：-40℃～+85℃

15.存储温度范围：-40℃～+120℃

3 软件设计

本系统采用Visual Basic 6.0语言编写，人机界面主要由三部分构成，第一部分是人工进行量程选择，第二部分是采集方式选择，包括间隔采集和连续采集两种方式；第三部分是数据统计显示区。

系统软件主流程如图3.1所示：

图3.1系统软件主程序

图3.2 PC机界面

4 实验过程及结果

      4.1 实验步骤

      1、利用电涡流传感器测量出不同金属位移量产生的电压变化，将所得信号作为AD采集卡输入量。

2、选取AD采集卡采集通道口，并焊接好相应输入端导线。

3、编写应用软件处理显示采集的数据。

4、连接板卡输入端口和电涡流传感器输出端口，开始进行数据采集。

5、记录实验结果，保存采集曲线。

4.2 实验结果

       本实验测量采用电涡流传感器，金属材质选取铝片，由于手动控制，所以采样选取为间隔采样，采样波形如下图4.1：

图4.1 电压采集曲线

5 总结

本设计实现了对电涡流传感器检测到的金属位移量引起的模拟电压信号的采集和动态显示功能，系统可以根据用户的需要增减采集数量和采集时间，系统简单易用，具有较好的操作性。但是该设计在数据的统计处理以及功能的完善方面还需要进一步改进。

 

第二篇：电涡流传感器位移特性实验

传 感 器 技 术

实验报告

     实验序号：        实验二十三          

      系别：         电子通信工程系         

      班级：           电信****班           

      组别：             第七组             

      成员： *******    ******  实验分析   

             *******     *****  线路连接  

 ********    *****  数据记录   

 ********    *****  撰写报告   

20##年3月30日

实验二十三 电涡流传感器位移特性实验

一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理：通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、数显单元（主控台电压表）、测微头、铁圆片。

四、实验步骤：

1、根据图8-1安装电涡流传感器。

2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。

3、将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。

4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

5、将实验模块输出端V_o与数显单元输入端V_i相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。

6、用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中，同时主控台的“地”与实验模块的“地”相连。

7、使测微头与传感器线圈端部有机玻璃平面接触，开启主控箱电源开关（数显表读数能调到零的使接触时数显表读数为零且刚要开始变化），记下数显表读数，然后每隔0.2mm（或0.5mm）读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表8-1。

  表8-1  电涡流传感器位移X与输出电压数据

8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。

量程为1mm的灵敏度可以通过公式y = 0.64ln(x) + 8.0079找到0.9和1.1处的值，取这两点的直线的斜率近似为1mm处的灵敏度。

直线公式为y = 4.197x – 1.75   即灵敏度为4.197

量程为3mm的灵敏度可以通过公式y = 0.64ln(x) + 8.0079找到2.9和3.1处的值，取这两点的直线的斜率近似为3mm处的灵敏度。

直线公式为y = 1.395x + 2.873  即灵敏度为1.395

量程为5mm的灵敏度可以通过公式y = 0.64ln(x) + 8.0079找到4.9和5.1处的值，取这两点的直线的斜率近似为5mm处的灵敏度。

直线公式为y = 0.845x + 4.972  即灵敏度为0.845

五、思考题：

1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？

答：量程与线性度、灵敏度、初始值均有关系。如果需要测量±5mm的量程应使传感器在这个范围内线性度最好，灵敏度最高，这样才能保证的准确度。

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据使用量程选用传感器？

答：根据需要测量距离的大小，一般距离较大要求量程较大，且灵敏度要求不会太高，而且量程有正负；相反需要测量的距离较小，则对灵敏度要求较高，量程不需要太大，这样既能满足要求，同时又保证了测量的精确度。

六、实验总结

     通过电涡流传感器位移特性实验，了解到电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，同时对传感器课程的学习更加深入，做起实验来也更加的得心应手。