CN1125841A - 磁感应式传感器全息动态特性测试方法 - Google Patents

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生寿华
彭志华
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Abstract

一种磁感应式传感器全息动态特性测试方法及其装置，通过将被测传感器与标准磁场探测器的探头置于均匀交变的磁场中，将两探头感应到的电信号输入到幅相测量仪中进行对比，测得两者之间的幅度和相位差值，即可测得被测传感器的幅频和相位特性。由于磁场发生器及幅相测量仪的工作频带都很宽，一般可以做到0～100KHz，因此，采用该方法可以对传感器0～100KHz频率范围内幅频特性和相频特性进行测试，并准确绘出传感器的波德曲线，适用于各类磁感应式传感器的动态特性测试。

Description

磁感应式传感器全息动态特性测试方法
本发明属于一种磁感应式传感器全息动态特性测试方法及其装置，尤其适用于电涡流位移传感器的测试。
由于电涡位移传感器具有非接触测量、抗干扰能力强、可靠性高、动态特性好等一系列优点而被广泛应用于设备运行状态监测与故障诊断。但是长期以来一直没有一种能对其动态特性进行全面的测试与标定的方法和装置，尤其是对于其相频特性的测试，几呼完全被忽视，对于其幅频特性的测试也只限于低频段(200Hz以下)；随着精密全息设备故障诊断技术的发展，该特性变得越来越重要，原来的测试标准已不能满足需要。
本发明的目的，在于提供一种磁感应式传感器全息动态特性测试方法，并按此方法设计出一系列电涡流位移传感器以及其它相似原理制成的磁感应式传感器动态特性测试装置或系统，为磁感应式传感器的研究和生产及其质量保证提供一种全新的手段。
本发明是这样实现的：采用外加交变磁场藕合来进行传感器动态特性测试。
将被测传感器与标准磁场探测器的探头置于均匀交变的磁场中，将两探头感应到的电信号输入到幅相测量仪中进行对比，测得两者之间的幅度和相位差值，即可测得被测传感器的幅频和相位特性。
具体实现是这样的：磁场发生器受控产生均匀交变磁场，将传感器敏感元件——探头及标准磁场探测器的探头置于该磁场中，被测探头线圈则感应磁场变化，通过前置器变换成电压输出，该电压量叠加了一个与磁场变化频率相同的交变信号，将前置器输出信号输入幅相测量仪，与直接输入到幅相测量仪中的标准磁场探测器信号进行比较，测得二者之间的幅度和相位差值；磁场发生器受控不断改变均匀交变磁场的变化频率，即可测得传感器的幅频特性和相频特性，并可绘出其波德曲线。
本发明使用的测量装置由磁场发生器、标准磁场探测器、被测探头、前置器、幅相测量仪连接而成，磁场发生器受控产生交变磁场，将标准磁场探测器、被测探头置于该磁场中，标准磁场探测器的输出端与幅相测量仪的输入端连接，被测探头的输出端与前置器的输入端连接，前置器的输出端与幅相测量仪的输入端连接，幅相测量仪的输出端可外接计算机。
附图1为本发明电路结构框图。
附图2为本发明电原理图。
附图3为本发明压控恒流源电原理图。
附图4为本发明实施例波德曲线图。
如图1，磁场发生器(1)受控产生均匀交变磁场(2)，将传感器敏感元件——探头(3)及标准磁场探测器(4)的探头置于该磁场(2)中，探头(3)线圈则感应磁场变化，通过前置器(5)变换成电压输出，该电压量叠加了一个与磁场变化频率相同的交变信号，将前置器(5)的输出信号输入幅相测量仪(6)，与直接输入到幅相测量仪(6)中的标准磁场探测器(4)信号进行比较，测得二者之间的幅度和相位差值；磁场发声器(1)受控不断改变均匀交变磁场(2)的变化频率，即可测得传感器的幅频特性和相频特性，并可绘出其波德曲线。
本发明使用的测量装置由磁场发生器(1)、标准磁场探测器(4)、被测探头(3)、前置器(5)、幅相测量仪(6)连接而成，磁场发生器(1)受控产生交变磁场(2)，将标准磁场探测器(4)、被测探头(3)置于该磁场(2)中，标准磁场探测器(4)的输出端与幅相测量仪(6)的输入端连接，被测探头(3)的输出端与前置器(5)的输入端连接，前置器(5)的输出端与幅相测量仪(6)的输入端连接，幅相测量仪(6)的输出端可外接计算机。
通过改变磁场发生器(1)的控制信号可对传感器几种特性进行测试：采用正弦交变信号可以进行传感器幅频特性测试或相频特性测试，也可同时进行幅频、相频特性测试(即全息动态特性测试)；采用方波信号可进行传感器阶跃特性测试；采用斜波信号可进行传感器斜坡特性测试；采用干扰信号可进行传感器抗磁场干扰实验。
如图2，磁场发生器(1)由信号发生器(HP3325B)、压控恒流源(7)、霍尔姆兹线圈(8)连接而成，标准磁场探测器(4)由磁场探头(7405)及磁场探头放大器(9)连接而成，幅相测量仪(6)选用阻抗仪(HP4192)，被测探头(3)与前置器(5)连接，放大器(9)、前置器(5)的输出端分别与阻抗仪(HP4192)连接，阻抗仪(HP4192)可外接计算机(10)。
信号发生器(HP3325B)控制压控恒流源(7)输出电流，输出电流的大小随信号发生器(HP3325B)信号的变化而改变，霍尔姆兹线圈(8)在压控恒流源(7)激励下，会在两线圈之间产生均匀磁场(2)，磁场强度取决于压控恒流源(7)电流的大小，这样，磁场(2)的强度也随信号发生器(HP3325B)信号的变化而变化；磁场探头(7405)及被测探头(3)同时感应磁场的变化，被测探头(3)的电信号经前置器(5)转换输出信号再输入到阻抗仪(HP4192)，同时，磁场探头(7405)的电信号经放大器(9)放大也输入到阻抗仪(HP4192)，阻抗仪(HP4192)设置幅度、相位测量功能，可以比较显示出两信号之间幅度比值和相位差值，而且可以通过接口(GP—IB)与计算机(10)通迅，由计算机存储打印测量值，并自动绘制测量曲线。表1(见下页)为一组测试数据，其波德曲线如图4所示。
如图3，压控恒流源(7)由运放大器(A1，A2)、达林顿管(T1，T2)及电阻连接而成，其一端(11)与信号发生器(HP3325B)连接，另一端(12)与霍尔姆兹线(8)连接。
由于磁场发生器及幅相测量仪的工作频带都很宽，一般可以做到0～100KHz，因此，采用该方法可以对传感器0～100KHz频率范围内幅频特性和相频特性进行测试，并准确绘出传感器的波德曲线，可适用于各类磁感应式传感器的动特性测试。
表1
频率(KHz)   幅度(dB)   相位(°) 频率(kHz)   幅度(dB)   相位(°)
0.0050      -0.010     -0.070 0.7943      -0.096     -15.650
0.0056      -0.015     -0.070 0.8913      -0.115     -17.550
0.0063      -0.016     -0.080 1.0000      -0.148     -19.710
0.0071      -0.015     -0.090 1.1220      -0.182     -22.120
0.0079      -0.013     -0.120 1.2589       0.227     -24.790
0.0089       0.014     -0.130 1.4125      -0.285     -27.800
0.0100       0.011      0.160 1.5849       0.357     -31.150
0.0112       0.012      0.180 1.7783      -0.450     -34.860
0.0126      -0.012     -0.210 1.9953      -0.561     -39.020
0.0141      -0.009     -0.250 2.2387      -0.705     -43.620
0.0158      -0.010     -0.290 2.5119      -0.879     -48.740
0.0178      -0.009     -0.330 2.8184      -1.099     -54.410
0.0200      -0.009     -0.360 3.1623      -1.367     -60.090
0.0224      -0.009     -0.410 3.5481      -1.703     -67.610
0.0251      -0.009     -0.470 3.9811      -2.107     -75.170
0.0282      -0.008     -0.540 4.4668      -2.604     -83.340
0.0316      -0.009     -0.610 5.0119      -3.200     -92.280
0.0355      -0.008     -0.680 5.6234      -3.911     -101.770
0.0398      -0.007     -0.770 6.3096      -4.753     -111.990
0.0447      -0.008     -0.860 7.0795      -5.743     -122.830
0.0501      -0.007     -0.970 7.9433      -6.888     -134.150
0.0562      -0.008     -1.090 8.9125      -8.205     -145.890
(续上页)
0.0631      -0.007        -1.230 10.0000       -9.697      -158.090
0.0708      -0.009        -1.380 11.2202      -11.373      -170.520
0.0794      -0.008        -1.550 12.5892      -13.230      +176.850
0.0891      -0.007        -1.750 14.1254      -15.274      +164.230
0.1000      -0.007        -1.990 15.8489      -17.493      +151.480
0.1122      -0.010        -2.240 17.7828      -19.889      +138.940
0.1259      -0.008        -2.510 19.9526      -22.450      +126.600
0.1413      -0.010        -2.830 22.3872      -25.170      +114.480
0.1585      -0.010        -3.170 25.1189      -28.020      +102.640
0.1778      -0.010        -3.550 28.1838      -31.000       +91.190
0.1995      -0.012        -3.970 31.6228      -34.070       +80.070
0.2239      -0.014        -4.450 35.4813      -37.240       +69.280
0.2512      -0.018        -4.970 39.8107      -40.470       +58.650
0.2818      -0.015        -5.590 44.6684      -43.750       +48.200
0.3162      -0.021        -6.270 50.1187      -47.050       -37.810
0.3548      -0.025        -7.020 56.2341      -50.390       +27.240
0.3981      -0.027        -7.870 63.0957      -53.990       +15.040
0.4467      -0.035        -8.830 70.7946      -57.190        +5.250
0.5012      -0.040        -9.890 79.4328      -60.740        -6.030
0.5623      -0.051       -11.070 89.1251      -64.460       -17.090
0.6310      -0.059       -12.430 100.0000     -68.580       -26.400
0.7079      -0.078       -13.950

Claims (5)

1、一种磁感应式传感器全息动态特性测试方法，其特征在于采用外加交变磁场藕合来进行传感器动态特性测试。
2、根据权利要求1所述的磁感应式传感器全息动态特性测试方法，其特征在于将被测传感器与标准磁场探测器的探头置于均匀交变的磁场中，将两探头感应到的电信号输入到幅相测量仪中进行对比，测得两者之间的幅度和相位差值，即可测得被测传感器的幅频和相位特性。
3、根据权利要求1所述的磁感应式传感器全息动态特性测试方法，其特征在于该方法具体实现是这样的：磁场发生器受控产生均匀交变磁场，将传感器敏感元件——探头及标准磁场探测器的探头置于该磁场中，被测探头线圈则感应磁场变化，通过前置器变换成电压输出，该电压量叠加了一个与磁场变化频率相同的交变信号，将前置器输出信号输入幅相测量仪，与直接输入到幅相测量仪中的标准磁场探测器信号进行比较，测得二者之间的幅度和相位差值，磁场发生器受控不断改变均匀交变磁场的变化频率，即可测得传感器的幅频特性和相频特性，并可绘出其波德曲线。
4、根据权利要求1和2所述的磁感应式传感器全息动态特性测试方法，其特征在于通过改变磁场发生器的控制信号可对传感器几种特性进行测试：采用正弦交变信号可以进行传感器幅频特性测试或相频特性测试，也可同时进行幅频、相频特性测试(即全息动态特性测试)，采用方波信号可进行传感器阶跃特性测试，采用斜波信号可进行传感器斜坡特性测试，采用干扰信号可进行传感器抗磁场干扰实验。
5、一种磁感应式传感器全息动态特性测试装置，其特征在于由磁场发生器、标准磁场探测器、被测探头、前置器、幅相测量仪连接而成，磁场发生器受控产生交变磁场，将标准磁场探测器、被测探头置于该磁场中，标准磁场探测器的输出端与幅相测量仪的输入端连接，被测探头的输出端与前置器的输入端连接，前置器的输出端与幅相测量仪的输入端连接，幅相测量仪的输出端可外接计算机。
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