CN101000229A

CN101000229A - 一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器

Info

Publication number: CN101000229A
Application number: CN 200610148701
Authority: CN
Inventors: 朱杰; 朱久阔; 李定飞; 黄小丽
Original assignee: SHANGHAI CHIJIE ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI CHIJIE ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2006-12-30
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2026-12-30
Also published as: CN100442005C

Abstract

一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器。包括探头、同轴电缆和前置放大器电路，探头内的线圈采用钯银合金漆包线制作；同轴电缆结构自内导体至外层结构依次是内导体、内绝缘层、内屏蔽层、绝缘隔离层、外屏蔽层和绝缘保护套；内导体是多根锰、铜、银合金线制成，内、外屏蔽层为镀金铜丝织网，内绝缘层、绝缘隔离层和绝缘保护套为聚四氟乙烯；前置放大器电路是高频振荡电路、线性补偿电路、高频振荡控制电路、线性校正电路、检波电路、滤波电路、温度补偿电路、放大电路和跟随器。本发明具有突出的温度补偿特性，在大温差范围内，该传感器的非线性度稳定在很小的区间内，保证了传感器的精度。

Description

一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器

技术领域

本发明涉及一种定频调幅式电涡流位移传感器，特别涉及一种能进行线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器。

背景技术

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，电磁学上称为电涡流。电涡流与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率等参数有关。通过调理电路可以将电涡流探头与被测金属面之间的距离变化线性的转换电压或电流的变化，从而实现对被测金属面的振动、位移等非电量的非接触测量。

电涡流位移振动传感器以其结构简单、灵敏度高、测量范围大、工作初始间隙大、抗干扰能力强、频率响应特性好、制造成本低和测量的非接触性等优点，广泛应用在电力、石化、机械、航空、冶金等部门，特别适宜于旋转机械运行参数的测量和监视。

但是，电涡流传感器的主要缺点是温度特性差，在温度较高或温度变化较大的环境内使用将产生较大的误差，因此寻找减少温漂行之有效的方法，进一步提高电涡流传感器的性能和测量精度，拓展电涡流传感器的应用领域，延长电涡流传感器的使用寿命，是电涡流传感技术的发展趋势。据有关文献记载，提高电涡流传感器大范围内的温度特性后，事故发生率可降低75％，维修费用可减少25％～50％。一些新材料和新技术应用在了电涡流传感器的制造上。但没有从根本上解决传感器的稳定性、非线性问题。

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种在大温差条件下能进行线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，解决电涡流位移传感器在大温差条件下的非线性和稳定性问题。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，包括电涡流探头、同轴电缆和前置放大器电路，探头与同轴电缆连接，探头内的钯银合金线圈产生高频电流，采用温度补偿电路，补偿探头和同轴电缆的温漂误差。

电涡流探头由钯银合金线圈、骨架体、保护罩、不锈钢壳体构成。钯银合金线圈采用钯银合金线做原料，经过全自动智能绕线机绕制成型，再经过装配骨架体、保护罩，灌胶封装等工艺制作完成。根据趋肤效应原理，钯银合金线的线径在0.11～0.35mm之间，电阻率在0.6～3.5Ω/m之间，电阻率的温度系数在50ppm/℃以内。钯银合金线用高温绝缘漆进行包漆处理，其工作温度可达到250℃。

高频同轴电缆结构自内导体至外层结构依次是内导体、内绝缘层、内屏蔽层、绝缘隔离层、外屏蔽层和绝缘保护套。

内导体是7根锰、铜、银合金线制成，特性阻抗为75Ω，特性阻抗的温度系数在70ppm/℃以内。内、外屏蔽层为镀金铜丝织网，内绝缘层、绝缘隔离层和绝缘保护套为聚四氟乙烯。温度系数在70ppm/℃以内。

前置放大器电路是由高频振荡电路、线性补偿电路、高频振荡控制电路、线性校正电路、检波电路、滤波电路、温度补偿电路、放大电路和跟随器构成。

所述的高频振荡控制电路是在运算放大器同相输入端串按二个电阻，调节电阻比例电压，控制振荡电路起振条件。

所述的线性补偿电路是在一个三极管的集电极串接二个电容后再并接一个电阻、电容，调整三个电容大小，可控制振荡频率和反馈比例，补偿由温度变化引起电涡流探头品质因数Q的变化。

所述的温度补偿电路是在π型滤波器后面并接一个二极管和一个电阻，利用二极管温度特性，，补偿其振荡三极管、检波二极管、电阻等元件的温度漂移。

本发明的优越功效在于：

1)钯银合金线具有稳定的电阻率和机械性能。采用钯银合金线制作的电涡流探头线圈，其品质因数Q的稳定性有很大提高。

2)根据趋肤效应的原理确定钯银合金线的线径，能够在大温差条件下自动补偿由温度引起的钯银合金线电阻率变化。

3)高频同轴电缆的内导体根据振荡电流的频率1MHz确定为7根0.12mm～0.15mm的锰铜银合金线，能够把温度对高频同轴电缆的影响降到最低；

4)线性补偿电路根据电涡流探头和同轴电缆的温度特性对传感器的线性作出补偿。

5)温度补偿电路利用二极管温度特性，补偿其前面三极管的温差变化。

6)本发明具有突出的温度补偿特性。在大温差范围内，该传感器的非线性度稳定在很小的区间内，保证了传感器的精度。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明高频同轴电缆的结构示意图；

图3为本发明的电路原理方框图；

图4为本发明的补偿电路图；

图4A为本发明的高频振荡电路图；

图4B为本发明的线性补偿电路图；

图4C为本发明的温度补偿电路图；

图5为本发明电涡流探头的结构示意图。

图中标号说明

1-探头；

11-保护罩； 12-线圈；

13-骨架体； 14-壳体；

2-同轴电缆；

21-内导体； 22-内绝缘层；

23-内屏蔽层； 24-绝缘隔离层；

25-外屏蔽层； 26-绝缘保护套；

3-前置放大器电路；

31-高频振荡电路；

311-三极管N1； 312-探头P1；

313-电阻R3； 314-电阻R4；

32-线性补偿电路；

321-电阻R5； 322-电容C2；

323-电容C5； 324-电容C7；

33-高频振荡控制电路；

331-运算放大器； 332-电阻R1；

333-电阻R2；

34-线性校正电路；

35-包络检波电路； 36-π型滤波电路；

37-温度补偿电路；

371-二极管D2； 372-电阻R6；

38-放大电路；

39-跟随器；

4-被测金属；

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器。包括电涡流探头1、同轴电缆2和前置放大器电路3，探头1与同轴电缆2连接，探头1内的钯银合金线圈产生高频电流，采用温度补偿电路，补偿探头1和同轴电缆2的温漂误差。

如图5所示，电涡流探头1由探头线圈12、骨架体13、保护罩11、不锈钢壳体14、同轴电缆2构成。探头线圈12采用钯银合金线做原料，钯银合金线的配方比例为钯元素含量75～85％，银元素含量15～25％。钯和银在元素周期表上是相邻元素，原子量很接近，经过800℃的高温熔炼后可以很好的熔合在一起。钯和银制成的合金线具有电阻率低、稳定，材质均匀，机械强度高，金属延展性好等优点。钯银合金线的线径根据不同探头规格确定为以下三种规格：φ8mm探头1采用0.13mm线径，φ11mm探头1采用0.17mm线径，φ25mm探头1采用0.32mm线径。钯银合金线经过自动绕线、定型、烘干、脱模等工序制成电涡流探头线圈12。然后，将成品电涡流探头线圈12固定在骨架体13上，连接同轴电缆2，安装保护罩11，灌注耐高温的电子绝缘封装胶。制成的电涡流探头各项参数温度变化量为：电感＜0.005％/℃，电阻＜0.01％/℃，Q值＜0.006％/℃。

如图2所示，高频同轴电缆2结构自内导体21至外层结构依次是内导体21、内绝缘层22、内屏蔽层23、绝缘隔离层34、外屏蔽层35和绝缘保护套26。高频同轴电缆2由特性抗75Ω的双层屏蔽同轴电缆、镀金自锁接头制成。

内导体21是7根0.12mm锰、铜、银合金线制成，特性阻抗为75Ω，锰、铜、银合金线的配方比例为：锰1.5％，铜60％，银38.5％。高频同轴电缆2屏蔽层采用双层屏蔽结构，内、外屏蔽层为镀金铜丝织网，内绝缘层、绝缘隔离层和绝缘保护套为聚四氟乙烯，温度系数在70ppm/℃以内。

前置放大器电路3是高频振荡电路31、线性补偿电路32、高频振荡控制电路33、线性校正电路34、检波电路35、滤波电路36、温度补偿电路37、放大电路38和跟随器39。

所述的高频振荡控制电路33是在运算放大器331同相输入端串按二个电阻，即电阻R1 332和电阻R2 332，调节电阻R1、R2的比例电压，控制振荡电路起振条件。

所述的线性补偿电路32是在一个三极管N1 311的集电极串接二个电容C5 323、C7 324后再并接一个电阻R5 321、电容C2 322，调整三个电容C2、C5、C7的大小，补偿探头1内线圈温差变化的影响，可对电涡流探头1温度变化作出精确地补偿。三极管N1 311、探头P1 312和线性补偿电路32可产生1M Hz左右振荡频率，通过调整电容C2 322、C5 323、C7 324改变振荡频率，通过调节电阻R3 313控制三极管N1 311的放大倍数，调节电阻R4 314控制反馈阻尼系数达到线性校正的目的。

所述的温度补偿电路37是在π型滤波器36后面并接一个二极管D2 371和一个电阻R6 372，利用二极管D2 371温度特性，补偿其前面三极管N1 311的温差变化，影响放大倍数。

Claims

1、一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，包括探头、同轴电缆和前置放大器电路，其特征在于：探头与同轴电缆连接，探头内的钯银合金线圈产生高频电流，采用温度补偿电路，补偿探头和同轴电缆的温漂误差。

2、根据权利要求1所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：同轴电缆结构自内导体至外层结构依次是内导体、内绝缘层、内屏蔽层、绝缘隔离层、外屏蔽层和绝缘保护套。

3、根据权利要求2的所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：内导体是多根锰、铜、银合金线制成，内、外屏蔽层为镀金铜丝织网，内绝缘层、绝缘隔离层和绝缘保护套为聚四氟乙烯。

4、根据权利要求1所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：所述的前置放大器电路，其是由高频振荡电路、线性补偿电路、高频振荡控制电路、线性校正电路、检波电路、滤波电路、温度补偿电路、放大电路和跟随器构成。

5、根据权利要求4所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：所述的高频振荡控制电路，其是在运算放大器同相输入端串按二个电阻，调节电阻比例电压，控制振荡电路起振条件。

6、根据权利要求4所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：所述的线性补偿电路，其是在一个三极管的集电极串接二个电容后再并接一个电阻、电容，调整三个电容大小，补偿探头内线圈温差变化的影响。

7、根据权利要求4所述的一种线性自动补偿的定频调幅式电涡流位移传感器，其特征在于：所述的温度补偿电路，其是在π型滤波器后面并接一个二极管和一个电阻，利用二极管温度特性，补偿其前面三极管的温差变化，影响放大倍数。