本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電渦流傳感器及其材料檔位調(diào)節(jié)電阻確定方法、測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
：電渦流傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械參數(shù)測(cè)量、石油輸送管道無(wú)損檢測(cè)、航空航天等領(lǐng)域。目前，常用的電渦流傳感器的工作方式從原理上分為定頻調(diào)幅法、變頻調(diào)幅法和調(diào)頻法。其中，圖1示出了定頻調(diào)幅法的電路原理圖，其具有穩(wěn)定度高，參數(shù)易于調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)，是主流的設(shè)計(jì)方案。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的電渦流傳感器包括：高頻信號(hào)激勵(lì)源1、分壓電阻3、輸出端子2和并聯(lián)諧振電路。其中，高頻信號(hào)激勵(lì)源1的輸出端通過(guò)分壓電阻3與輸出端子2連接，在分壓電阻3與輸出端子2之間還可串聯(lián)一個(gè)信號(hào)處理電路6。此外，該并聯(lián)諧振電路包括探頭線圈L和電容C。在工業(yè)應(yīng)用中，同一臺(tái)電渦流傳感器可能被用于測(cè)量不同的設(shè)備或者部件的位移，由于檢測(cè)材料的差異會(huì)帶來(lái)誤差。然而，現(xiàn)有技術(shù)中，還沒(méi)有能夠針對(duì)不同材料進(jìn)行位移檢測(cè)的通用傳感器。這樣，用戶在使用的時(shí)候，針對(duì)檢測(cè)不同的材料，需要更換對(duì)應(yīng)的傳感器，造成經(jīng)濟(jì)效益差，工作效率低。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明實(shí)施例中提供一種電渦流傳感器及其材料檔位調(diào)節(jié)電阻確定方法、測(cè)試方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中檢測(cè)不同的材料，需要更換對(duì)應(yīng)的傳感器，造成經(jīng)濟(jì)效益差，工作效率低的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電渦流傳感器，包括依次連接的高頻信號(hào)激勵(lì)源、測(cè)量信號(hào)發(fā)生電路、以及輸出端子，其中，測(cè)量信號(hào)發(fā)生電路包括并聯(lián)諧振電路，并聯(lián)諧振電路包括并聯(lián)設(shè)置的線圈支路和電容支路，其中，線圈支路包括串聯(lián)的探頭線圈和材料檔位調(diào)節(jié)電阻，線圈支路及電容支路的一端與高頻信號(hào)激勵(lì)源連接、另一端接地。作為優(yōu)選，電渦流傳感器還包括信號(hào)處理電路，線圈支路及電容支路的一端通過(guò)信號(hào)處理電路與輸出端子連接。作為優(yōu)選，材料檔位調(diào)節(jié)電阻為數(shù)字電位器。作為優(yōu)選，材料檔位調(diào)節(jié)電阻包括多個(gè)檔位電阻，其中，多個(gè)檔位電阻與模擬選擇開(kāi)關(guān)連接。作為優(yōu)選，并聯(lián)諧振電路還包括分壓電阻，高頻信號(hào)激勵(lì)源通過(guò)分壓電阻與線圈支路及電容支路的一端連接。本發(fā)明還提供了一種電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻確定方法，包括：提供上述的電渦流傳感器；提供基準(zhǔn)材料和目標(biāo)材料；基準(zhǔn)材料測(cè)試：調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振，并獲得基準(zhǔn)材料的第一諧振幅值位移曲線；目標(biāo)材料測(cè)試：調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻，以獲得不同阻值的材料檔位調(diào)節(jié)電阻下的多條第二諧振幅值位移曲線；將第一諧振幅值位移曲線與多條第二諧振幅值位移曲線進(jìn)行比較；將與第一諧振幅值位移曲線對(duì)應(yīng)重合的那個(gè)第二諧振幅值位移曲線所對(duì)應(yīng)的材料檔位調(diào)節(jié)電阻的阻值作為與該目標(biāo)材料對(duì)應(yīng)的材料檔位調(diào)節(jié)電阻的檔位阻值。作為優(yōu)選，對(duì)多個(gè)目標(biāo)材料進(jìn)行測(cè)試，以獲得不同目標(biāo)材料所對(duì)應(yīng)的檔位阻值。作為優(yōu)選，調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振包括：將材料檔位調(diào)節(jié)電阻的阻值調(diào)節(jié)至位于材料檔位調(diào)節(jié)電阻的最大值與最小值之間的預(yù)定值，以此預(yù)定值為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)材料檔位調(diào)節(jié)電阻以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振。本發(fā)明還提供了一種電渦流傳感器的測(cè)試方法，包括：提供上述的電渦流傳感器；確定目標(biāo)材料的類(lèi)型；將電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻調(diào)節(jié)至與目標(biāo)材料的類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的檔位阻值；利用電渦流傳感器對(duì)目標(biāo)材料進(jìn)行測(cè)試。本發(fā)明可通過(guò)材料檔位調(diào)節(jié)電阻補(bǔ)償由于待檢測(cè)的目標(biāo)材料的電導(dǎo)率變化而引起等效線圈阻抗變化，進(jìn)而改變電渦流傳感器的靈敏度等相關(guān)指標(biāo)，最終使不同目標(biāo)材料的諧振電壓輸出特性曲線隨位移變化一致，克服不同檢測(cè)材料對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。附圖說(shuō)明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的定頻調(diào)幅式電渦流傳感器電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是電渦流傳感器等效電路；圖3是諧振電壓幅值隨線圈等效電感的變化關(guān)系圖；圖4是不同電導(dǎo)率目標(biāo)下的徑向渦流強(qiáng)度分析圖；圖5是電導(dǎo)率對(duì)諧振電壓的影響分析圖；圖6是本發(fā)明中的電渦流傳感器的電路原理圖；圖7是目標(biāo)材料對(duì)測(cè)量結(jié)果影響及串聯(lián)電阻的效果。附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、高頻信號(hào)激勵(lì)源；2、輸出端子；3、分壓電阻；4、探頭線圈；5、材料檔位調(diào)節(jié)電阻；6、信號(hào)處理電路。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同目標(biāo)材料的檢測(cè)，發(fā)明人進(jìn)行了如下研究：首先，電渦流傳感器的金屬導(dǎo)體近似看成一個(gè)短路線圈，因此可以得到如圖2所示的空心變壓器的等效電路圖。其中，線圈和被測(cè)金屬導(dǎo)體之間定義一個(gè)互感系數(shù)M，R1為線圈電阻，L1為線圈電感，R2為導(dǎo)體電阻，L2為導(dǎo)體電感，U為激勵(lì)源電壓。根據(jù)等效電路，由基爾霍夫定理可知：其中，式(1)得線圈的等效電感和內(nèi)阻電阻分別為：由上述原理可知：線圈的等效電阻隨渦流效應(yīng)增強(qiáng)而增大，等效電感隨渦流效應(yīng)的增強(qiáng)而減小。一般情況下，電感位移靈敏度大于電阻位移的靈敏度，因此發(fā)明人采用電感作為測(cè)量量來(lái)表示目標(biāo)位移的變化，即認(rèn)為電感是影響諧振電壓的主要參數(shù)，電阻的變化是次要影響因子。LC兩端的電壓為：其中，uLrC為線圈和電容兩端的電壓，zLrC為線圈和諧振電容的并聯(lián)阻抗，且根據(jù)上述關(guān)系，通過(guò)計(jì)算得到諧振電壓幅值隨位移的變化關(guān)系如圖3所示。如圖3所示，圖中從上往下線圈的等效電阻Rs依次增大。因此，可得到如下結(jié)論：在LC并聯(lián)諧振頻率點(diǎn)的左側(cè)，諧振電壓幅值隨著電感增大即位移的增大而增大，若線圈的等效內(nèi)阻越小，則諧振幅值越大，也就是說(shuō)線圈的等效電阻影響諧振電壓幅值的大小。電渦流傳感器的輸出與被測(cè)體的電磁特性相關(guān)，其中電導(dǎo)率是一個(gè)主要的影響因素。圖4示出了不同電導(dǎo)率材料下的相同位移處的電渦流強(qiáng)度徑向分布，其中IACS為國(guó)際上以退火銅的電導(dǎo)率58.0MS/m作為標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率(IACS)用來(lái)計(jì)算其他材料的相對(duì)電導(dǎo)率，比如，鋁的相對(duì)電導(dǎo)率為60％。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在電導(dǎo)率為唯一變量的情況下，電渦流強(qiáng)度與電導(dǎo)率成正比，即電導(dǎo)率越大，電渦流強(qiáng)度越強(qiáng)。而電渦流強(qiáng)度的大小又會(huì)影響被測(cè)體的感應(yīng)電阻，因此，根據(jù)式(2)進(jìn)而可改變測(cè)量線圈的等效電阻的值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)得不同電導(dǎo)率目標(biāo)檢測(cè)材料下的諧振幅值位移曲線變化關(guān)系如圖5所示?？梢?jiàn)，由于檢測(cè)材料的引起諧振電壓的變化，可以通過(guò)調(diào)節(jié)線圈的串聯(lián)電阻去抵消，最終保證諧振電壓是一致的，也就是送入到信號(hào)處理電路前的信號(hào)是相同的。通過(guò)發(fā)明人的上述研究可知，為了消除材料電導(dǎo)率的影響，可以在電感支路串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電阻，為此本發(fā)明提供了如圖6所示的電渦流傳感器。請(qǐng)參考圖6，該電渦流傳感器包括依次連接的高頻信號(hào)激勵(lì)源1、測(cè)量信號(hào)發(fā)生電路、以及輸出端子2。其中，所述測(cè)量信號(hào)發(fā)生電路包括并聯(lián)諧振電路，所述并聯(lián)諧振電路包括并聯(lián)設(shè)置的線圈支路和電容支路，其中，所述線圈支路包括串聯(lián)的探頭線圈4和材料檔位調(diào)節(jié)電阻5，所述線圈支路及所述電容支路的一端與所述高頻信號(hào)激勵(lì)源1連接、另一端接地。優(yōu)選地，并聯(lián)諧振電路還包括分壓電阻3，高頻信號(hào)激勵(lì)源1通過(guò)分壓電阻3與線圈支路及電容支路的一端連接。電容支路包括電容C。這樣，本發(fā)明可通過(guò)材料檔位調(diào)節(jié)電阻5補(bǔ)償由于待檢測(cè)的目標(biāo)材料的電導(dǎo)率變化而引起等效線圈阻抗變化，進(jìn)而改變電渦流傳感器的靈敏度等相關(guān)指標(biāo)，最終使不同目標(biāo)材料的諧振電壓輸出特性曲線隨位移變化一致，克服不同檢測(cè)材料對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，解決了檢測(cè)不同的材料時(shí)需要更換對(duì)應(yīng)的傳感器，造成經(jīng)濟(jì)效益差，工作效率低的問(wèn)題。使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際測(cè)量的目標(biāo)材料，將材料檔位調(diào)節(jié)電阻5調(diào)至與該目標(biāo)調(diào)節(jié)相匹配的檔位阻值，從而可使不同目標(biāo)材料的測(cè)量結(jié)果一致，達(dá)到使用同一傳感器就能夠檢測(cè)多種材料的目的，進(jìn)而提高效率，降低測(cè)量成本。優(yōu)選地，所述電渦流傳感器還包括信號(hào)處理電路6，所述線圈支路及所述電容支路的所述一端通過(guò)所述信號(hào)處理電路6與所述輸出端子2連接。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明中的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5為數(shù)字電位器，這樣可以采用數(shù)據(jù)的方式快速而準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)控制檔位阻值。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述材料檔位調(diào)節(jié)電阻5包括多個(gè)檔位電阻，其中，所述多個(gè)檔位電阻與模擬選擇開(kāi)關(guān)連接。下面，本發(fā)明則具體提出一種用于確定上述電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻確定方法，該方法優(yōu)選通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：首先，本方法需要提供作為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)材料和作為待測(cè)試材料的目標(biāo)材料。其次，確定材料檔位調(diào)節(jié)電阻的檔位阻值，具體包括以下幾個(gè)步驟：(1)基準(zhǔn)材料測(cè)試：首先，我們要采用某一個(gè)基準(zhǔn)材料作為參考。由于基準(zhǔn)材料不同，其電阻率也不同的，因此產(chǎn)生諧振時(shí)對(duì)應(yīng)的材料檔位調(diào)節(jié)電阻的阻值也是不同的。為此，需要調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振。然后從而獲得在某一位移時(shí)的諧振幅值。其中，該位移是指電渦流傳感器的探頭線圈與基準(zhǔn)材料或目標(biāo)材料之間的距離。然后，不斷改變上述位移，從而獲得在不同位移下的諧振幅值，從而可以繪制出基準(zhǔn)材料的諧振幅值位移曲線，在此我們稱之為第一諧振幅值位移曲線。(2)目標(biāo)材料測(cè)試：在獲得了基準(zhǔn)材料的諧振幅值位移曲線之后，本發(fā)明通過(guò)上述的電渦流傳感器對(duì)目標(biāo)材料進(jìn)行測(cè)試，以獲取目標(biāo)材料的諧振幅值位移曲線。其中，諧振幅值位移曲線的數(shù)據(jù)獲取及繪制過(guò)程與基準(zhǔn)材料的諧振幅值位移曲線的獲取過(guò)程和方式類(lèi)似，在此不再贅述。不同的是，在測(cè)試的過(guò)程中，需要不斷地調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的阻值大小，以獲得不同阻值情況下的多條第二諧振幅值位移曲線。(3)找出基本重合的第二諧振幅值位移曲線：將第一諧振幅值位移曲線與多條第二諧振幅值位移曲線進(jìn)行比較，以找到與第一諧振幅值位移曲線開(kāi)關(guān)最為貼近的或者說(shuō)基本重合的那個(gè)第二諧振幅值位移曲線。(4)確定檔位阻值：將與第一諧振幅值位移曲線對(duì)應(yīng)重合的那個(gè)第二諧振幅值位移曲線所對(duì)應(yīng)的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的阻值作為與該目標(biāo)材料對(duì)應(yīng)的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的檔位阻值。優(yōu)選地，對(duì)多個(gè)目標(biāo)材料進(jìn)行測(cè)試，以獲得不同目標(biāo)材料所對(duì)應(yīng)的檔位阻值。例如，先以某一材料為基準(zhǔn)材料，然后測(cè)量諧振穩(wěn)定時(shí)的幅值，并繪制一組幅值位移曲線。由于不同的目標(biāo)材料的諧振幅值位移曲線往往是不同的，使用時(shí)，以該目標(biāo)材料為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)節(jié)材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的值，使測(cè)量其他材料時(shí)，幅值位移曲線與基準(zhǔn)材料下基本重合。如此重復(fù)得到若干種目標(biāo)材料對(duì)應(yīng)的檔位阻值，再將檔位阻值對(duì)應(yīng)不同的檔位，最終實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)材料和檔位的一一對(duì)應(yīng)(如下表所示)。目標(biāo)材料可調(diào)電阻阻值檔位銅X11鋁X22不銹鋼X33………用戶在使用的時(shí)候，只需根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)材料，調(diào)至對(duì)應(yīng)的檔位完成位移的檢測(cè)，無(wú)需更換傳感器，省時(shí)、簡(jiǎn)單、易操作。圖7示出了目標(biāo)材料對(duì)測(cè)量結(jié)果影響及串聯(lián)電阻的效果。如圖7所示，調(diào)節(jié)串聯(lián)電阻(即材料檔位調(diào)節(jié)電阻5)可以抵消目標(biāo)材料的改變，進(jìn)而保證諧振電壓位移曲線是一致的，進(jìn)而保證設(shè)計(jì)的傳感器可以用于檢測(cè)多種材料。例如，線圈支路串聯(lián)材料檔位調(diào)節(jié)電阻5后，檢測(cè)導(dǎo)電率為80％IACS的目標(biāo)材料的諧振幅值響應(yīng)曲線，與原本檢測(cè)電導(dǎo)率為50％IACS的目標(biāo)材料的諧振幅值響應(yīng)曲線趨于一致，因此，無(wú)需調(diào)整信號(hào)處理電路的參數(shù)，就可以使傳感器輸出最終一致。由于不同基準(zhǔn)材料的電阻率是不同的，因此，對(duì)于有的基準(zhǔn)材料來(lái)說(shuō)，需要將材料檔位調(diào)節(jié)電阻5向上調(diào)節(jié)，而有的基準(zhǔn)材料則需要將材料檔位調(diào)節(jié)電阻5向下調(diào)節(jié)。以需要向上調(diào)節(jié)的情況來(lái)說(shuō)，如果將材料檔位調(diào)節(jié)電阻5在初始時(shí)設(shè)置成最大值，則無(wú)法進(jìn)一步向上調(diào)節(jié)。為了避免這一問(wèn)題，本發(fā)明在調(diào)節(jié)電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振時(shí)：將材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的阻值調(diào)節(jié)至位于材料檔位調(diào)節(jié)電阻5的最大值與最小值之間的預(yù)定值，以此預(yù)定值為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)材料檔位調(diào)節(jié)電阻5以產(chǎn)生穩(wěn)定的諧振。本發(fā)明還提供了一種電渦流傳感器的測(cè)試方法，包括：提供上述的電渦流傳感器；確定目標(biāo)材料的類(lèi)型；將電渦流傳感器的材料檔位調(diào)節(jié)電阻5調(diào)節(jié)至與目標(biāo)材料的類(lèi)型相對(duì)應(yīng)的檔位阻值；利用電渦流傳感器對(duì)目標(biāo)材料進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)然，以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明基本原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3