渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器。電渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，包括：探頭和信號(hào)處理電路，二者通過(guò)連接電纜（3)連接；所述探頭包括：測(cè)量線(xiàn)圈（Ia)，補(bǔ)償線(xiàn)圈（Ib)，手持隔熱殼體，電磁屏蔽層，微動(dòng)開(kāi)關(guān)，壓簧，溫度傳感器；所述信號(hào)處理電路包括：正弦激勵(lì)單元，平衡濾波單元，前置放大單元，峰值保持單元，相敏檢波單元，數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)單元，ARM單元。本實(shí)用新型所述的電渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器在〇?50°C的范圍內(nèi)測(cè)量結(jié)果不受溫度的影響，對(duì)提離效應(yīng)有很好的抑制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種有色金屬電導(dǎo)率測(cè)量技術(shù)，進(jìn)一步涉及渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器。

【背景技術(shù)】
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[0002]近年來(lái)，隨著工業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，有色金屬材料對(duì)于工業(yè)的發(fā)展十分重要。電導(dǎo)率是金屬材料的一項(xiàng)重要物理參數(shù)，它與金屬的組成成分、熱處理狀態(tài)、硬度以及溫度等都密切相關(guān)。1873年，Maxwell總結(jié)出了電磁學(xué)方程組，以此方程組為理論基礎(chǔ)，20世紀(jì)60年代，德國(guó)科學(xué)家用電渦流的方法成功測(cè)定了有色金屬電導(dǎo)率。電渦流法與其他方法相比具有靈敏度高，容易耦合，響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]目前，大多數(shù)渦流電導(dǎo)率測(cè)量使用單頻正弦交流信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)。單頻阻抗測(cè)量法具有成本低，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，探頭靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但在采用阻抗法特別是單獨(dú)使用幅值信息會(huì)使得測(cè)量?jī)x器的信噪比難以被提高，而且提離效應(yīng)、邊緣效應(yīng)也對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。而傳感器作為渦流電導(dǎo)率測(cè)量的關(guān)鍵組成部份，它的良好的設(shè)計(jì)是解決以上問(wèn)題的根本途徑，是從事渦流檢測(cè)人員關(guān)心和研究的主要問(wèn)題之一。在實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量工業(yè)中使用較多的鋁基材料和銅基材料時(shí)分辨率較低，容易造成誤差。
[0004]因此，需要一種輸出穩(wěn)定、快捷、在一定范圍內(nèi)受提離效應(yīng)影響小，分辨率高的傳感器。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器分辨率低、受提離影響大的問(wèn)題，提出一種高分辨率，具有溫度補(bǔ)償功能，且能在一定范圍內(nèi)能有效抑制提離效應(yīng)的有色金屬電導(dǎo)率測(cè)量傳感器。
[0006]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，包括:測(cè)量探頭I和信號(hào)處理電路；
[0008]所述測(cè)量探頭包括:測(cè)量線(xiàn)圈la，補(bǔ)償線(xiàn)圈lb，測(cè)量線(xiàn)圈與補(bǔ)償線(xiàn)圈參數(shù)完全相同，測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈之間采用差分的方式連接，采用交流電橋結(jié)構(gòu)輸出；手持隔熱殼體、電磁屏蔽層、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、壓簧、檢測(cè)電路、溫度傳感器和連接電纜；測(cè)量線(xiàn)圈安置在手持隔熱殼體的一端且測(cè)量面露出；壓簧位于第一凸起11和第二凸起12之間；
[0009]所述信號(hào)處理電路包括:正弦激勵(lì)單元，平衡濾波單元，前置放大單元，峰值保持單元，相敏檢波單元，數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)單元，ARM單元。
[0010]作為優(yōu)選方案之一，所述測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈由漆包線(xiàn)繞制而成，外徑為8mm，兩線(xiàn)圈之間距離為2mm。
[0011]作為優(yōu)選方案之二，所述電磁屏蔽層安放于手持隔熱殼體內(nèi)部，與手持隔熱殼體連為一體。
[0012]作為優(yōu)選方案之三，所述溫度傳感器位于測(cè)量探頭外表面，在不受到操作員手臂溫度影響的條件下及時(shí)得到測(cè)量時(shí)測(cè)量探頭周?chē)臏囟?，?shí)時(shí)傳入ARM單元中，對(duì)測(cè)量試件的電導(dǎo)率進(jìn)行修正。
[0013]作為優(yōu)選方案之四，所述微動(dòng)開(kāi)關(guān)置于補(bǔ)償線(xiàn)圈之后，固定在殼體上。
[0014]作為優(yōu)選方案之五，所述交流電橋包括兩等值的電阻、兩等值的電容。
[0015]作為優(yōu)選方案之六，還包括:與上位機(jī)的信號(hào)輸出接口，鍵盤(pán)接口。
[0016]工作過(guò)程包括如下步驟:
[0017]步驟一:傳感器產(chǎn)生特定頻率的正弦激勵(lì)信號(hào)；
[0018]步驟二:測(cè)量線(xiàn)圈接觸需檢測(cè)試件，試件受到激勵(lì)信號(hào)的作用產(chǎn)生渦流，渦流反作用于測(cè)量線(xiàn)圈，使得測(cè)量線(xiàn)圈阻抗發(fā)生變化，再通過(guò)交流電橋得到含有特定信息的電信號(hào);
[0019]步驟三:分析交流電橋輸出的電信號(hào)得到有色金屬的電導(dǎo)率。
[0020]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021](一 )采用電渦流檢測(cè)原理，傳感器體積較小，測(cè)量速度快，精度高。
[0022]( 二)利用了交流電橋輸出具有線(xiàn)性的特點(diǎn)，在出廠(chǎng)時(shí)進(jìn)行一次硬件校準(zhǔn)后，大大簡(jiǎn)化的用戶(hù)的操作，而且傳感器的靈敏度和測(cè)量精度一直保持較高的水平。
[0023](三)傳感器的測(cè)量探頭部分設(shè)置有壓簧、微動(dòng)開(kāi)關(guān)和電磁屏蔽層，每次測(cè)量中當(dāng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)才會(huì)進(jìn)行測(cè)量，一定程度上保證了測(cè)量探頭的測(cè)量精度，減少了因操作人員的誤操作而造成的測(cè)量錯(cuò)誤。
[0024](四)測(cè)量探頭部分中還安裝有溫度傳感器，及時(shí)采集被測(cè)試件周?chē)鷾囟龋龠M(jìn)行相應(yīng)的溫度補(bǔ)償，消除溫度對(duì)于電導(dǎo)率測(cè)量的影響。
[0025](五)在推薦的實(shí)施例中，通過(guò)信號(hào)輸出接口，可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0026]圖1是本實(shí)用新型的測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，Ia代表測(cè)量線(xiàn)圈，Ib代表補(bǔ)償線(xiàn)圈。
[0027]圖2是圖1的俯視圖。
[0028]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例傳感器所采用交流電橋結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖4是本實(shí)用新型測(cè)量探頭結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖中，I代表測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈，2代表殼體,2a代表壓簧,2b代表微動(dòng)開(kāi)關(guān)，2c代表溫度傳感器,2d代表手持隔熱層,3代表連接電纜，11代表第一凸起，12代表第二凸起。
[0030]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例傳感器電信號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖6為本實(shí)用新型傳感器抑制提離效應(yīng)所采用的阻抗變換法原理圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0032]本實(shí)用新型傳感器結(jié)構(gòu)框圖如圖1-圖5所示，傳感器包括:
[0033]測(cè)量探頭I和信號(hào)處理電路，二者通過(guò)連接電纜3連接；
[0034]所述測(cè)量探頭包括:測(cè)量線(xiàn)圈la，補(bǔ)償線(xiàn)圈lb，測(cè)量線(xiàn)圈與補(bǔ)償線(xiàn)圈參數(shù)完全相同，測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈之間采用差分的方式連接，采用交流電橋結(jié)構(gòu)輸出；手持隔熱殼體、電磁屏蔽層、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、壓簧、檢測(cè)電路、溫度傳感器和連接電纜；
[0035]測(cè)量線(xiàn)圈安置在手持隔熱殼體的一端且測(cè)量面露出；壓簧位于第一凸起11和第二凸起12之間；
[0036]所述信號(hào)處理電路包括:正弦激勵(lì)單元，平衡濾波單元，前置放大單元，峰值保持單元，相敏檢波單元，數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)單元，ARM單元，信號(hào)輸出接口，鍵盤(pán)接口。
[0037]所述測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈由漆包線(xiàn)繞制而成，外徑為8mm，兩線(xiàn)圈之間距離為2mm ;所述電磁屏蔽層安放于手持隔熱殼體內(nèi)部，與手持隔熱殼體連為一體；所述溫度傳感器位于測(cè)量探頭外表面，在不受到操作員手臂溫度影響的條件下及時(shí)得到測(cè)量時(shí)測(cè)量探頭周?chē)臏囟龋瑢?shí)時(shí)傳入ARM單元中，對(duì)測(cè)量試件的電導(dǎo)率進(jìn)行修正；所述微動(dòng)開(kāi)關(guān)置于補(bǔ)償線(xiàn)圈之后，固定在殼體上；所述交流電橋包括兩等值的電阻、兩等值的電容。
[0038]由正弦激勵(lì)單元產(chǎn)生特定頻率的交流激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)輸入測(cè)量探頭中。
[0039]壓簧位于第一凸起和第二凸起之間，每次只有在微動(dòng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)才會(huì)進(jìn)行測(cè)量，一定程度上保證了測(cè)量探頭的測(cè)量精度，減少了因操作人員的誤操作而造成的測(cè)量錯(cuò)誤。
[0040]交流測(cè)量電橋結(jié)構(gòu)如圖3所示，電容的加入可有效提高交流電橋的輸出靈敏度。正弦交流激勵(lì)信號(hào)由Vl進(jìn)入電橋，V2接地，信號(hào)由V3和V4進(jìn)入前置差動(dòng)運(yùn)算放大器中。
[0041]測(cè)量時(shí)測(cè)量線(xiàn)圈上加載正弦交變信號(hào)，作用于被測(cè)試件使其產(chǎn)生渦流，產(chǎn)生的渦流反作用于測(cè)量線(xiàn)圈，使得測(cè)量線(xiàn)圈阻抗發(fā)生變化。阻抗中所包含的復(fù)數(shù)信息包含有被測(cè)試件的電導(dǎo)率信息且一一對(duì)應(yīng)，測(cè)量線(xiàn)圈阻抗的變化通過(guò)交流電橋轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。
[0042]通過(guò)信號(hào)處理電路中的峰值保持單元和相敏檢波單元得到信號(hào)的幅值信息和相位信息。利用阻抗變換的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)于提離干擾信號(hào)的抑制，原理如圖6所示，渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器隨提離距離的增加在歸一化阻抗平面上以近似直線(xiàn)的方式向空載線(xiàn)圈的阻抗點(diǎn)(0，1)變化。根據(jù)阻抗分析的原理，選取測(cè)量阻抗在提離直線(xiàn)垂直方向的分量，可以在一定范圍內(nèi)有效的抑制提離效應(yīng)。圖6中A為沒(méi)有提離時(shí)測(cè)量線(xiàn)圈的歸一化阻抗點(diǎn)，B為有一定提離后的測(cè)量線(xiàn)圈的歸一化阻抗點(diǎn)。由于隨提離距離的增加近似以直線(xiàn)方式移動(dòng)，所以在一定范圍內(nèi)不論測(cè)量時(shí)提離距離為多大，其測(cè)得的測(cè)量線(xiàn)圈的歸一化阻抗點(diǎn)都位于AP的近似直線(xiàn)上(如C)。從點(diǎn)O作AP的平行線(xiàn)0P’，然后分別從A、B、C點(diǎn)作0P’的垂線(xiàn)，得到的0A、0B、0C各不相等，但AA’ = BB, = CC’。由上式可知，由于受到提離效應(yīng)的影響，實(shí)際測(cè)量時(shí)測(cè)量線(xiàn)圈的阻抗值OA發(fā)生了變化，但通過(guò)適當(dāng)?shù)南辔晦D(zhuǎn)換，提取信號(hào)AA’(或BB’、CC’)可以反映OA(或0B、0C)信號(hào)的大小。所以通過(guò)測(cè)得測(cè)量線(xiàn)圈阻抗變化的幅值和相位，計(jì)算得到阻抗在提離直線(xiàn)在垂直方向上的分量，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)于提離效應(yīng)的抑制。經(jīng)過(guò)ARM單元處理后的幅值和相位信息再進(jìn)行溫度修正，之后由信號(hào)輸出接口傳入上位機(jī)。
[0043]傳感器應(yīng)用電渦流法對(duì)有色金屬的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)結(jié)果不受溫度的影響，對(duì)提離效應(yīng)有一定的抑制作用。且傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，靈敏度高，適用于有色金屬材料電導(dǎo)率、電阻率值測(cè)量、未知有色金屬進(jìn)行識(shí)別和分類(lèi)、生產(chǎn)期間熱處理的驗(yàn)證和檢測(cè)使用時(shí)的熱損壞等領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于，包括:測(cè)量探頭和信號(hào)處理電路，二者通過(guò)連接電纜⑶連接； 所述測(cè)量探頭包括:測(cè)量線(xiàn)圈(Ia);補(bǔ)償線(xiàn)圈(Ib);測(cè)量線(xiàn)圈與補(bǔ)償線(xiàn)圈參數(shù)完全相同，測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈之間采用差分的方式連接，采用交流電橋結(jié)構(gòu)輸出；手持隔熱殼體；電磁屏蔽層；微動(dòng)開(kāi)關(guān)；壓簧；溫度傳感器和連接電纜； 測(cè)量線(xiàn)圈安置在手持隔熱殼體的一端且測(cè)量面露出； 壓簧位于第一凸起(11)和第二凸起(12)之間； 所述信號(hào)處理電路包括:正弦激勵(lì)單元，平衡濾波單元，前置放大單元，峰值保持單元，相敏檢波單元，數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)單元，ARM單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于:所述測(cè)量線(xiàn)圈和補(bǔ)償線(xiàn)圈由漆包線(xiàn)繞制而成，外徑為8mm,兩線(xiàn)圈之間距離為2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于:所述電磁屏蔽層安放于手持隔熱殼體內(nèi)部，與手持隔熱殼體連為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于:所述溫度傳感器位于測(cè)量探頭外表面，在不受到操作員手臂溫度影響的條件下及時(shí)得到測(cè)量時(shí)測(cè)量探頭周?chē)臏囟?，?shí)時(shí)傳入ARM單元中，對(duì)測(cè)量試件的電導(dǎo)率進(jìn)行修正。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于:所述微動(dòng)開(kāi)關(guān)置于補(bǔ)償線(xiàn)圈之后，固定在殼體上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于，所述交流電橋包括兩等值的電阻、兩等值的電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述渦流電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，其特征在于，還包括:與上位機(jī)的信號(hào)輸出接口，鍵盤(pán)接口。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK204028228SQ201420420396
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】趙友全, 何峰, 劉瀟, 江磊, 翟瑞偉, 徐巧艷 申請(qǐng)人:天津大學(xué)