電渦流傳感器是一種經(jīng)典的傳感器類型,具有非接觸、寬帶寬、靈敏度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn),并且可以工作在惡劣的環(huán)境,具有廣泛的應(yīng)用需求。根據(jù)目標(biāo)導(dǎo)體厚度的不同,電渦流傳感器可以劃分為兩種傳感器類型:電渦流位移傳感器和電渦流厚度傳感器。這兩種傳感器是應(yīng)用電渦流效應(yīng)的自然產(chǎn)物,已經(jīng)存在并發(fā)展了幾十年,市場(chǎng)上有各種型號(hào)的產(chǎn)品。然而,這兩種傳感器仍然有大量的應(yīng)用需求和難題需要去滿足和攻克。對(duì)位移傳感器來(lái)說(shuō),如何滿足天文望遠(yuǎn)鏡這種最尖端的應(yīng)用需求是急需解決的問(wèn)題,這在國(guó)內(nèi)外的科研和項(xiàng)目中都是難題。目前外國(guó)廠商霸占了高端位移傳感器市場(chǎng),國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品與之有較大的差距,更無(wú)法染指最尖端的科研項(xiàng)目。本文在電渦流位移傳感器的研究希望能打造滿足最尖端需求的電渦流位移傳感器產(chǎn)品,提升我國(guó)在高精密位移測(cè)量領(lǐng)域的實(shí)力。對(duì)非接觸式厚度傳感器來(lái)說(shuō),已有的測(cè)量方法都或多或少地存在問(wèn)題,還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一種集測(cè)量速度高、測(cè)量精度高、小尺寸、低成本等優(yōu)點(diǎn)于一身的測(cè)量方法。本文提出的測(cè)量方法滿足了這些要求,其性能參數(shù)在同領(lǐng)域的研究中具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。本文的主要工作及結(jié)論包括:一、使用電渦流傳感器的變壓器模型和等效環(huán)路模型推導(dǎo)出探頭線圈的阻抗計(jì)算公式。利用有限元仿真工具分析了目標(biāo)板材料參數(shù)、探測(cè)線圈尺寸參數(shù)、電路參數(shù)對(duì)傳感器各項(xiàng)性能的影響。在理論分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)目標(biāo)材料厚度的不同引出了電渦流傳感器的兩個(gè)分支:電渦流位移傳感器和電渦流厚度傳感器。二、制作電渦流位移傳感器前期樣機(jī),基本滿足了設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)。在此過(guò)程中,對(duì)傳感器的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?包括線圈尺寸、電橋參數(shù)選擇、電路部分設(shè)計(jì)、AD轉(zhuǎn)換等。電橋電路是傳感器電路中最最要的部分之一,實(shí)現(xiàn)將線圈電感、電阻分離的功能,因此對(duì)電橋電路的參數(shù)選擇進(jìn)行了重點(diǎn)分析,使用MATLAB數(shù)值分析方法定量的給出包括靈敏度、線性度、溫漂等傳感器性能,指導(dǎo)電橋參數(shù)的選擇。最終按照統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試。三、提出使用電阻分量進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?利用傳感器的電阻輸出通道補(bǔ)償電感通道輸出,實(shí)現(xiàn)溫度漂移的自動(dòng)校正。首先探討了傳感器溫度漂移的來(lái)源,重點(diǎn)關(guān)注電橋電路中的元件參數(shù)的影響。數(shù)學(xué)證明了可以通過(guò)對(duì)兩路輸出做數(shù)學(xué)變換分離開電感、電阻,并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本方法的可行性。這種溫度補(bǔ)償方法,無(wú)需額外的溫度敏感元件,并且使用電阻分量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男Ч獌?yōu)于使用溫度敏感元件。四、將差動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于電橋。差動(dòng)電橋具有線性好、靈敏度高、抑制共模干擾的作用。使用MATLAB數(shù)值分析對(duì)電橋參數(shù)的選取進(jìn)行優(yōu)化選擇。設(shè)計(jì)了傳感器在望遠(yuǎn)鏡背面的安裝結(jié)構(gòu),穩(wěn)固的安裝結(jié)構(gòu)是傳感器性能可以得到充分發(fā)揮的保證,安裝結(jié)構(gòu)必須具有足夠的溫度穩(wěn)定性,并且要便于安裝和調(diào)整。使用了差動(dòng)形式的位移傳感器經(jīng)過(guò)測(cè)試滿足了前期設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)。五、研制了兩種電渦流厚度傳感器,他們的基本原理相似,都利用提離線的斜率K與被測(cè)目標(biāo)厚度成正比的性質(zhì)。具體的實(shí)現(xiàn)方法不同,第一種厚度傳感器以探頭振動(dòng)方式獲得提離線,而第二種傳感器是第一種的優(yōu)化升級(jí),利用特殊設(shè)計(jì)的探頭電路以及信號(hào)之間的相位獲得提離線斜率。制作的傳感器樣機(jī)具有高測(cè)量速度、高測(cè)量精度、高穩(wěn)定性、小尺寸、低成本的優(yōu)點(diǎn)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212
【部分圖文】：

固定的探測(cè)線圈來(lái)說(shuō)，量程越大，線性度越差。傳感器的最大量程通常和探測(cè)線??圈的尺寸肴關(guān)，探測(cè)線圈的直徑越大量程越大。傳感器的正負(fù)飽和電壓對(duì)應(yīng)于最??大測(cè)量距離１？？？和最小測(cè)量距離（圖１．１），兩者的差值即為量程，也稱之為??滿量程范圍（ＦＳＲ，?Ｆｕｌｌ?Ｓｃａｌｅ?Ｒａｎｇｅ）。稱和：＾？的中間位置為偏置距離??偏置距離越大則傳感器安裝越方便、調(diào)整越簡(jiǎn)單，但通常靈敏度會(huì)隨著偏置距離??的增大而下降。??ＦＳＲ??一￡］?｜?：！??——？……扣?疇—；??，—???圖］．１傳感器量程指標(biāo)??線性度，也稱為非線性誤差，是指輸出電壓與參考位移電壓線之間的偏差程??度（圖１．２），線性度通常用相對(duì)誤差表示。線性度的計(jì)算公式如下：??線性度＝蘭＞＜１００％??＾?（１．１）??式中：Ｊ為傳感器量程，６為校準(zhǔn)線與基準(zhǔn)線的最大偏差。通常根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)??據(jù)，按照最小二乘原理通過(guò)線性擬合獲得基準(zhǔn)線，此時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)的殘差平方和最??小

?第１章緒論???度的響應(yīng)曲線交點(diǎn)，測(cè)量速度很低。傳統(tǒng)的單頻法測(cè)量依賴于線圈阻抗精確的測(cè)??量以及復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算分析結(jié)果，并不適用于在線測(cè)量。掃頻法對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行一??定頻率范圍的掃頻，記錄線圈參數(shù)的頻率響應(yīng)曲線，分析曲線特征并獲得與目標(biāo)??厚度之間的關(guān)系。如圖１．４所示，線圈電感對(duì)不同目標(biāo)厚度有不同響應(yīng)曲線，通??過(guò)復(fù)相位特征提取厚度信息［１５］。掃頻法可以通過(guò)改變掃頻的頻率范圍調(diào)整厚度??測(cè)量范圍，但非常依賴精密的阻抗分析系統(tǒng)，并且復(fù)相位特征和被測(cè)厚度之間的??對(duì)應(yīng)關(guān)系不夠直接，測(cè)量精度的略微提高會(huì)大大降低測(cè)量速度。脈沖法是給探測(cè)??線圈激勵(lì)脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)包含豐富的多次諧波信息，對(duì)被測(cè)樣品的表面和內(nèi)??部都很敏感。圖１．５展示了利用脈沖信號(hào)測(cè)量金屬鍍膜厚度的結(jié)果＠１。與掃頻法??相似，脈沖法的測(cè)量精度和信號(hào)采樣率緊密相關(guān)，有效特征的選取比較復(fù)雜，測(cè)??量速度不高。??Ｐ��？ｅ?〇ｉｉｃｋｎｅｓｓ－３?ｍｍ．?ｆｒｅｑ?７５０?Ｈｚ??????????！?；?－ｒ＾ｒｒ＾ｒｒｒ－：：：－，??

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【參考文獻(xiàn)】

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1 汪忠柱,方以坤,姚學(xué)標(biāo);低溫度系數(shù)的高磁導(dǎo)率軟磁Mn-Zn鐵氧體的研制[J];安徽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2003年04期

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1 王洪波;亞納米精度電渦流傳感器的理論和設(shè)計(jì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2840634