第一篇：渦流 教學設計

《渦流 電磁阻尼和電磁驅動》教學設計

【教學目標】

1、知識目標

（1）、知道渦流是怎么產生的；（2）、了解渦流現象的利用和危害；

（3）、通過對渦流的實例分析，了解渦流現象的生產和生活中的應用；（4）、了解電磁阻尼和電磁驅動，能分析實例。

2、過程與方法

（1）、用實驗的方法引入新課，激發學生的求知欲；（2）、用舊知識分析新問題，分析請渦流產生的原因；

（3）、利用理論聯系實際的方法，加深理解渦流、電磁阻尼和電磁驅動。

3、情感態度價值觀

（1）、通過演示實驗和對實驗的分析，培養學生的觀察和推理能力；（2）、通過實踐活動培養學生的團隊精神，體驗物理世界的神奇；

（3）、從觀察現象分析原因并加以運用，讓學生體驗成功的喜悅，樹立學好物理的信心。

【教學重點】

知道渦流產生原理及其應用。

【教學難點】

分析電磁阻尼和電磁驅動現象。

【教學用具】

自制跳環實驗教具（可拆卸變壓器、鋁環、無極調速器、木箱）、電磁爐、玻璃碗、鐵腕、蠟燭、食用油、泡沫板、二極管、自制電磁阻尼、驅動演示儀。

【教學過程】

一、創設情景——引入新課

教師演示實驗：利用自制的跳環魔術演示渦流的機械效應。提出問題：鋁環為什么會受控制？激發學生的好奇心。讓學生帶著問題來學習今天的內容。

二、實驗演示——引出渦流

老師提問：家里平時怎么用電磁爐做飯呢？ 學生回答：把鍋放在電磁爐上通電就可以了。老師提問：做完飯后電磁爐的面板燙嗎？能用手摸嗎？ 學生回答：面板很燙，不能用手摸。

演示實驗：將泡沫板粘在紙板上，泡沫板的四角再粘四小塊泡沫板，放在電磁爐上。先將玻璃碗放在紙板上，側面抹上食用油，底部撒上事先削好的蠟燭片，接通電源看是否會有現象發生，觀察后無現象。再將鐵碗放在電磁爐上，同樣側面抹上食用油底部撒上蠟燭片，接通電源。學生很快會觀察到鐵碗中冒出白煙，傾斜鐵碗，可以看到蠟燭融化，鐵碗很燙。

三、理論分析——探究渦流現象的存在 老師提問：實驗中泡沫板與面板接觸了嗎？ 學生回答：沒有。

老師拿起泡沫板讓學生觀察，可以看到泡沫板完好無損。

讓學生上來摸一下面板，（學生不敢摸，用手指挨一下迅速離開，發現不燙后，將手放心的放在面板上，一臉不相信。）老師提問：面板燙嗎？ 學生回答：不燙。

其他同學不相信，再讓一個同學上來體驗。

老師提問：鐵碗溫度升高了，內能增加了，是熱傳遞嗎？ 由于面板是涼的，泡沫板是完好的。學生回答：不是熱傳遞。老師提問：焦耳定律的內容。

學生回答：焦耳定律的內容是：電流通過導體產生的熱量跟電流的平方成正比跟導體的電阻及通電時間成正比。

引導學生大膽的猜想：鐵碗的內能增加，是因為鐵碗中有電流。演示實驗，驗證猜想

將連有燈泡的線圈放在面板的上方，讓學生觀察現象。實驗現象：燈泡發光了。（學生感到很神奇）

揭秘電磁爐，電磁爐通的是220V，50Hz的交流電，線圈內通有變化的電流，變化的電流周圍有變化的磁場，根據麥克斯韋的電磁波理論可知，變化的磁場會在其周圍空間激發感生電場，鐵碗是閉合導體，鐵碗中的自由電荷在感生電場的作用下定向移動形成電流，鐵碗中產生的感應電流我們把它叫渦流。

1、定義：在變化的磁場中任何導體都會產生像水中漩渦一樣的感應電流，我們把它叫渦電流，簡稱渦流。

總結實驗----分析渦流熱效應。

分析上面實驗可知：渦流和其他電流一樣要產生熱量，渦流也有熱效應。

2、渦流熱效應的應用：真空冶煉爐、高頻焊接機、電磁爐等。

分析真空冶煉爐原理：線圈中通反復變化的電流，爐內的金屬產生渦流，渦流產生的熱量使金屬熔化，該裝置可以在真空中進行，能冶煉出高質量的合金。3.渦流的危害：

老師展示變壓器鐵芯。

變壓器或電機機芯并不是有整塊金屬，而是有彼此絕緣的薄硅鋼片疊合而成。老師提問：這樣的目的是什么？ 學生回答：是為了增大電阻。

總結：目的是為了增大電阻，減小渦流，減少鐵芯內產生的熱量，避免熱量過多損壞用電器。學生活動：使用金屬探測器，探測同學身上的金屬。

學生分析：金屬探測器的工作原理。

四、實驗演示----引出電磁阻尼

我們學習了渦流的熱效應，渦流還有其它效應么？ 讓學生觀察演示儀器。

老師提問：儀器兩側的區別是什么？ 學生回答：一側粘有磁鐵，另一側沒有。老師簡單的介紹儀器。

老師提問：用相同的力度同時撥動兩個鋁罐，哪個鋁罐會先停下來？ 學生猜想：同時停下來，或其中某一個先停下來。

學生觀察現象：緊挨磁鐵的鋁罐很快停下來，沒磁鐵的一側要很長時間才能停下來。老師提問：為什么緊挨磁鐵的鋁罐很快停下來，是這一側摩擦力大么？

將兩個鋁罐撥到無磁鐵的一側，再用相同的力度撥動，學生會看到，兩個鋁罐幾乎同時停下來，說明不是摩擦力的原因。

老師引導學生分析現象： 鋁罐在磁場中運動，鋁罐中產生感應電流，感應電流是鋁罐收到安培力，安培力阻礙鋁罐轉動，是鋁罐快速停下來——引出電磁阻尼。

1、電磁阻尼：導體在磁場中運動時，導體中產生的感應電流使導體受到安培力,而安培力總是阻礙導體的運動的現象。

2、電磁阻尼的應用：磁電式電表中纏繞線圈的鋁框；電磁制動器等。學生活動：分析微安表運輸時用導體將正負接線柱連在一起的作用。不連接時晃動指針使其偏轉，連上線后再次晃動，比較兩種情況的偏轉角度。老師引導學生分析現象：連上線后線圈與導體形成閉合回路，線圈運動切割磁感線，回路中產生感應電流，感應電流使線圈受安培力，安培力阻礙線圈運動。

五、實驗演示——引出電磁驅動

提出問題：轉動木盤，上面的鋁棒會隨之快速轉動，兩個木塊是固定在鋁棒上的，也會隨之快速轉動，鋁罐會出現什么現象？

學生猜想：都會靜止或都會轉動，或一靜一動。

演示實驗，學生觀察現象：有磁鐵的一側，鋁罐隨之轉動，但沒有磁鐵轉動快；無磁鐵一側，鋁罐始終處于靜止狀態。

提出問題：是什么力驅使有磁鐵一側的鋁罐轉動呢？是風么？ 學生回答：不是風力，因為另一側鋁罐始終靜止。

老師引導學生分析現象：磁場相對鋁罐轉動，鋁罐中產生感應電流，感應電流使鋁罐受到安培力，安培力驅使鋁罐轉動起來。

1、電磁驅動：磁場相對于導體轉動，在導體中產生感應電流，感應電流使導體受到安培力的作用，安培力使導體跟著磁場運動起來，這種作用稱為電磁驅動。

2、電磁驅動的應用：交流感應電動機,車內的速度計等。

六、揭秘跳環魔術

盒內安裝的是變壓器，變壓器通220V，50Hz的交流電，鋁環套在鐵芯上，穿過鋁環的磁場是變化的，鋁環中產生感應電流，感應電流使鋁環受到安培力，安培力促使鋁環向上運動，又安裝了無極變速開關，可以控制電流的大小，從而可以控制鋁環受到的安培力，所以出現了鋁環可以向上、向下運動。

七、課堂練習

1、如圖所示，水平方向的磁場垂直于光滑曲面，閉合小金屬環從高h的曲面上端無初速滑下，又沿曲面的另一側上升，則()A．若是勻強磁場，環在左側上升的高度小于h B．若是勻強磁場，環在左側上升的高度大于h C．若是非勻強磁場，環在左側上升高度等于h D．若是非勻強磁場，環在左側上升的高度小于h

2、如圖所示，A、B為大小、形狀均相同且內壁光滑，但用不同材料制成的圓管，豎直固定在相同高度。兩個相同的磁性小球，同時從A、B管上端的管口無初速釋放，穿過A管比穿過B管的小球先落到地面。下面對于兩管的描述這可能正確的是：（）

A、A管是用塑料制成的，B管是用銅制成的； B、A管是用鋁制成的，B管是用膠木制成的； C、A管是用膠木制成的，B管是用塑料制成的； D、A管是用膠木制成的，B管是用鋁制成的。

3、如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產生感應電流，感應電流通過焊縫產生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發熱很少，以下說法正確的是（）A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快 B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快 C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小

D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大

4、如圖所示，在O點正下方有一個具有理想邊界的磁場，銅環在A點由靜止釋放向右擺至最高點B．不考慮空氣阻力，則下列說法正確的是（）A．A、B兩點在同一水平線 B．A點高于B點 C．A點低于B點 D．銅環將做等幅擺動

5、如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發現小球做減速運動，則小球的材料可能是（）A．鐵 B．木

C．銅

D．鋁

八、課堂小結

1、渦流的產生、熱效應的應用及危害。

2、電磁阻尼及其應用

3、電磁驅動及其應用

九、課后作業

1、整理本節課筆記。

2、完成課后3、4、5題。

【教學反思】

1、要重視科學探究、突出實驗：

在本節課中，創設了跳環魔術引課，激發學生探究欲望。同時根據學生已有的知識特點，引入鋁罐實驗分析電磁阻尼和電磁驅動現象，巧妙的把實驗貫穿整個教學過程，激發學生學習積極性。

2、重視新舊知識的聯系，啟發思考

在本節課中，所有的新知識均建設在學生已有的知識基礎上，降低學習的難度。讓學生在輕松愉快的學習氛圍中，對物理事實與物理過程充分地進行分析，綜合比較，判斷推理，完成對知識的自我建構，實現知識的有效積累。

3、要提倡自制教具，配合教學

根據學校條件，教師水平，從教學實際出發，積極主動地自制較具，創造條件，完善了電磁阻尼和電磁驅動的教學體系，讓實現現象更加直觀、明顯。

第二篇：渦流探傷與超聲波探傷初探

渦流探傷與超聲波探傷初探

一、關于無損檢測

工作后查找的第一個單詞叫做無損檢測。在度娘的選框里輸入：“無損檢測用英文怎么說？”的時候，總覺得是不是應該先找本新華字典或者百度知道里搜索一下無損檢測的中文含義。對于學文科的孩子來說，在學校里，大概永遠不會接觸到這么陌生的詞匯，但是一旦離開校園，就會接觸到很多很多意想不到的詞語：無損檢測，渦流探傷。也永遠不會知道，銅管鋼管的檢測有他自己的方法。可以用超聲波檢測，也可以用渦流探傷儀來檢測。那么，什么是無損檢測呢？度娘說：無損檢測就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對象使用性能的前提下，檢測被檢對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質和數量等信息，進而判定被檢對象所處技術狀態（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術手段的總稱。專業的解釋，通俗的來說，就是不損害被檢測物質的前提下進行的檢測。是的，我踏入了一個陌生的領域，無損檢測。

二、關于渦流探傷

渦流探傷：利用電磁感應原理，檢測導電構件表面和近表面缺陷的一種探傷方法。其原理是用激磁線圈使導電構件內產生渦電流，借助探測線圈測定渦電流的變化量，從而獲得構件缺陷的有關信息。按探測線圈的形狀不同，可分為穿過式(用于線材、棒材和管材的檢測)、探頭式(用于構件表面的局部檢測)和插入式(用于管孔的內部檢測)三種。

渦流探傷的儀器可以分為很多種，例如這一款：LJET-101型渦流探傷儀，他是這樣描述的：

LJET—101型穿過式系列渦流探傷儀是高端，全自動、高分辨率、數字化的穿過式渦流探傷儀，用于鐵磁體、奧氏體鋼、有色金屬的管材、棒材、線材的表面及亞表面檢測。主要覆蓋點傷及環向缺陷，通用性強，應用范圍廣。操作平臺基于Windows XP操作系統，可以方便地實現組網。參數調整簡單，設置可存儲于硬盤，調用方便。檢測結果存儲于數據庫,方便產品批號追溯。自帶遠程在線診斷、在線幫助及口令保護。檢測直徑1~273mm，最小檢測缺陷孔徑符合國際渦流探傷標準孔徑，也可以與旋轉式探頭檢測系統聯合使用，以提供檢測覆蓋率，覆蓋全部縱向、橫向及通孔類缺陷。性能達到國際一流水平，完全可以與世界上最先進的渦流探傷儀相媲美，而且操作方便，使用簡單，配套技術服務完善。

LJET—101型穿過式系列渦流探傷儀是采用大規模進口集成電路，結合最先進的渦流探傷技術、光電感應技術、微機控制技術的全自動渦流檢測儀器。配以精美設計的機械傳動裝置，形成完整的機電一體化系統，是國內唯一具有成套完整系統的全自動渦流探傷儀。采用基于WINDOWS XP操作系統的操作軟件使渦流探傷儀使用更為簡潔、智能化。儀器經過長期的一線生產檢驗，性能穩定、可靠，具有自動化程度高、檢測速度快等優點。該儀器是專用于金屬管、棒、線材在線、離線檢測的渦流探傷儀。

LJET—101型穿過式系列渦流探傷儀采用實時渦流阻抗平面和動態時基掃描顯示技術，實時同屏多窗口顯示檢測對象的渦流信號二維圖形及動態時基曲線。計算機大屏幕信號顯示，采用多模式報警技術，使得儀器操作更加容易、可靠。

LJET—101型穿過式系列渦流探傷儀能夠快速檢測出各種不同材質的金屬管、棒、線材的表面裂紋、暗縫、氣孔、夾雜和開口裂紋等缺陷。是汽車、航天、石化、冶金、機械等行業對金屬構件的在線、離線或役前、在役檢測的通用儀器。

LJET—101型穿過式系列渦流探傷儀具有1KHZ——100KHZ測試頻率范圍，能夠適應各種不同金屬管道的檢測要求。能夠在儀器內建立標準檢測數據庫，方便用戶在更換不同規格的材料時調用。可配接耦合間隙要求很低的穿過式探頭和其它結構的探頭(探頭的選擇完全可根據用戶的檢測要求而定)，儀器可選配在線測速系統、磁飽和器以及噴墨裝置、探頭架等，以便實現金屬管棒線材在線或離線自動渦流探傷。儀器技術參數也是我們會關注的點,這款渦流探傷儀的參數如下: ☆ 檢測通道：1-10(可擴展旋轉式通道，旋轉加穿過式組合探傷)☆ 檢測頻率：1KHz--100KHZ;☆ 線性增益：0—99.9dB連續可調，步長：0.1dB;☆ 探傷速度：0.3m/min—12000m/min ☆ 長時間穩定性：靈敏度dB值波動≤1 dB ☆ 人工缺陷大小分辨率≤0.1mm ☆ 人工缺陷誤報率<1% ☆ 人工缺陷漏報率<1% ☆ 周向靈敏度差≤2 dB ☆ 信噪比≥15 dB ☆ 端部盲區：≤50mm ☆ 標記精度：≤±50mm

☆ 相位旋轉：0--359度連續可調，步長：1度 ☆ 多種顯示方式：V模式、Y模式、X/Y模式 ☆ 標樣在探頭中振動，信號不超過報警電平☆ 矢量分析報警模式: 扇形報警、幅值報警 ☆ 延時硬件輸出報警、實時硬件輸出報警 ☆ 多通道聲光報警輸出 ☆ 檢測長度自動計算統計 ☆ 端頭、端尾信號自動切除 ☆ 可大量存儲各種檢測程序和檢測數據

☆ 具有渦流探傷信號的回放記憶功能，可追溯缺陷的幅值、相位。

☆ 自動記錄顯示缺陷數及其位置，自動形成檢測報告(包括檢測數量、合格數和不合格數等信息)☆ 中英文操作界面、在線幫助

☆ 可編程控制：上料、下料、分選、標記和聯動等 ☆ 電源：交流220V±10%，50Hz±10% ☆ 環境溫度：-100C---550C ☆ 環境濕度：≤85%

三、關于超聲波

參加了一場關于超聲波的培訓。一個未知的領域，教授級別的講師，這樣的機會不是人人都有的，而我就是這么幸運的參加了。什么是超聲波？超聲波的工作原理。超聲波探傷儀與渦流探傷儀的區別于聯系。電脈沖，相位，和諧震動，當一切陌生的名詞從老師的口中蹦出，只能感嘆自己無知。在本子上記錄了很多很多，想把更多的信息變成自己的東西，在不停地學習與積累中壯大自己。上課的目的最終還是要了解超聲波探傷的用途及操作，例如：LJUT-100型旋轉超聲波探傷系統是專為檢測管棒材產品的內部與近表面質量問題而研發的新一代檢測設備。擁有結構緊湊，安裝調試方便，檢測結果直觀易懂，可靠，工作穩定性良好等特點。LJUT-100型系列旋轉超聲波探傷系統對各種牌號及規格的管棒均適用，尤其是最新研發的外徑在Φ6－Φ125毫米范圍的銅鑄管坯的旋轉超聲波探傷應用。本旋轉探頭配備裝在筒形檢測室內的可調角度的水浸超聲波傳感器(2-6個)。運行時，水箱內高速旋轉，被檢測管棒材直線運動，實現超聲波探頭圍繞被檢工件高速旋轉，實現對被檢管棒材100％的高速掃描檢測。采用旋轉方式驅動超聲波傳感器，圍繞被檢測管棒材的檢測方式與比傳統的被檢測工件旋轉運動的方法相比具有明顯的優越性。檢測速度更快，探傷靈敏度更高，在線缺陷精確定位和定量，以及更簡單的管棒材上、下料分選裝置和更快速、方便的規格切換。LJUT-100系列旋轉超聲波探傷系統使用全數字式多通道超聲探傷儀。該系列在線旋轉超聲波探傷儀操作軟件基于Windows XP系統平臺，使用專用于管棒材探傷的超聲探傷軟件，使檢測結果更直觀，操作更方便，具備檢測結果可記錄隨時調用查看等特點，同時可以和計算機周邊設備連接，完成打印報告或檢測結果網絡傳輸等功能。

檢測對像：有色金屬及黑色金屬管棒材

檢測范圍：各種牌號及規格(銅鑄管坯Φ6-Φ125mm)檢測標準：國內外管棒超聲波探傷標準 檢測速度：3-60m/min可調

第三篇：渦流紡紗的發展

渦流紡紗的發展

劉振中 編譯

澳大利亞是世界上第三個較大的應用 日本村田公司渦流紡紗體系生產紡織品的國家，2002年投資興建了兩座渦流紡紗廠，一座是Leading Spiwning紡紗廠，有24臺渦流紡紗機，第二座是Rocklea Spiwning紡織廠，有6臺渦流紡紗機，另外棉紡公司在GeclonGCSiRo也投資興建了MVS紡紗廠。村田渦流紡紗（MVS-Mwrata Vorter spinning）技術是用棉條直接喂入并牽伸拉細到需要的細紗支數，牽伸機構為四羅拉式，拉細的纖維來吸入高速回轉的氣流噴咀中，當纖維未被拉拉成軸，經過空心錠子時，沿著固定的空心內壁回轉，使紗線獲得捻度。

MVS產量高，引出速度高，直接由棉條喂入紡紗，并經過清紗后直接卷繞成筒子作為商品銷售。

2001年約有265臺渦流紡紗機在世界各地運行，另外還有54臺已接受訂貨，僅美國已安裝使用了229臺渦流紡紗機，其余分布于東南亞及西歐。

細紗機是紡織生產全過程的瓶頸，但MVS渦流紡紗機卻極大的增加了紡紗產量。

1997年進行了第一次實際生產實驗生產的純棉紗質量很高，可作針織及機織用。

渦流紡紗對棉纖維軋花加工的要求：

澳大利亞棉花研究及發展委員會（CRDC）對軋花生產加工棉纖維質量的影響并由此對MVS渦流紡紗質量的影響作了調查研究，發現MVS需要高等級棉花，纖維長度要長，短纖維含量要少。

差棉纖維長度較短，短絨含量高將導致MVS紡紗生產中纖維散失明顯，是MVS紡紗不能接受的，另外還發現，經過模擬磨損試驗，較長棉纖維生產的渦流紗紡織的針織布試樣外觀牢固、耐磨性能好。

新的MVS渦流紡紗體系引出速度很高，每分鐘400米，可生產高質量的與環錠紗近似的細支紗。

棉花質量高是MVS生產優質紗、制成率高的關鍵。澳大利亞生產的棉花，在傳統環錠紡上紡紗速度為20米/分，與

渦流紡紗系統相比較，兩種體系都生產高質量細支紗，生產線都是最優良的設備，如開松梳理設備等，紗線具有柔軟光滑的手感。另外，應用轉杯紡生產轉杯紗，引出速度為150米/分，最終用途都與上述兩種紗相類似。

對于澳大利亞棉花加工業及MVS紡紗生產的優勢，澳大利亞CSIRO等研究機構進行全面研究，認為優質的較長的棉纖維是重要基礎。必須用優質棉纖維加工生產MVS紗，才能取得較理想的生產水平。

干燥的手感：

純棉MVS渦流紡紗產品手感具有獨特的干燥感，廣為用于工作服及體育運動服等。這種獨特的紡紗技術生產的滌綸紗或絲，可保證不起球，獨特的干燥手感不適于做傳統服裝，而適于做工作服及運動服，工業用紡織品及民用產品如屏幕等。

優 點：

村田公司認為渦流紡紗技術是目前世界上第一位的，是無結頭紗，可生產純棉普梳紗，引出速度400米/分。

MVS紗具有環錠紗的結構，具備更多的功能及流行的特點，紗線毛羽很少，織物起球現象減少，染色性能及耐磨性好，織物外觀光滑，吸濕性好、快干等優勢。

MGS（Murata get spinner）是世界上最早的噴氣紡紗機，目前在世界上運行18萬錠，分布于36個國家，MGS噴氣紡紗機生產的新型紗，具有獨特的雙層結構，使紗線具有更多的用途。

MVS及MGS兩種新型紡紗都是從棉條喂入直紡細紗的。也都是分別經過高速回轉氣流的噴咀，然后卷繞成筒子紗，還適于2股線的生產，將粗紗、細紗、絡紗及合股捻線合為一體，形成高科技，最新型的紡紗體系。渦流紡紗由于可以加工純棉紗線，而且車速高的優點，因此將在21世紀初快速的發展。

第四篇：更改版電渦流位移傳感器設計總結報告

傳感器與檢測技術課程設計

院 系： 專 業： 成 員： 指導老師：--電渦流位移傳感器

計 劃 報 告

XXX

XXXX年XX月XX日

傳感器課程設計

目錄

一、概述 …………………………………………………………2

二、總體設計方案…………………………………………………2

三、電渦流傳感器的基本原理……………………………………3 3.1 電渦流傳感器工作原理………………………………………3 3.2 電渦流傳感器等效電路分析…………………………………3 3.3 電渦流傳感器測量電路原理…………………………………4

四、電渦流傳感器探頭參數設計…………………………………6

五、電渦流傳感器新型測量電路的設計…………………………7 5.1 電路實現方案…………………………………………………7 5.2 振蕩電路的選擇………………………………………………7 5.3 濾波電路的選擇………………………………………………8 5.4 增益調節電路的選擇…………………………………………9 5.5 移相電路的選擇………………………………………………9 5.6 電壓-電流轉換電路的選擇…………………………………11

六、誤差分析………………………………………………………12 6.1 非線性補償 …………………………………………………12 6.2 動態特性……………………………………………………13 6.3 溫度補償……………………………………………………13

七、設計總結.…………………………………………………………13

傳感器課程設計

感應電流，即電渦流，如圖2-2中所示。與此同時，電渦流i2又產生新的交變磁場H2；H2與H1方向相反，并力圖削弱H1，從而導致探頭線圈的等效電阻相應地發生變化。其變化程度取決于被測金屬導體的電阻率ρ，磁導率μ，線圈與金屬導體的距離x，以及線圈激勵電流的頻率f等參數。如果只改變上述參數中的一個，而其余參數保持不變，則阻抗Z就成為這個變化參數的單值函數，從而確定該參數的大小。

電渦流傳感器的工作原理，如圖2-2所示：

三、電渦流傳感器等效電路分析

為了便于分析，把被測金屬導體上形成的電渦流等效成一個短路環中的電流，這樣就可以得到如圖2-3所示的等效電路。

圖中R1，L1為傳感器探頭線圈的電阻和電感，短路環可以認為是一匝短路線圈，其中R2，L2為被測導體的電阻和電感。探頭線圈和導體之間存在一個互感M，它隨線圈與導體間距離的減小而增大。U1為激勵電壓，根據基爾霍夫電壓平衡方程式，上圖等效電路的平衡方程式如下：

經求解方程組，可得I1和I2表達式：

傳感器課程設計

由此可得傳感器線圈的等效阻抗為:

從而得到探頭線圈等效電阻和電感。

通過式（2-4）的方程式可見：渦流的影響使得線圈阻抗的實部等效電阻增加，而虛部等效電感減小，從而使線圈阻抗發生了變化，這種變化稱為反射阻抗作用。所以電渦流傳感器的工作原理，實質上是由于受到交變磁場影響的導體中產生的電渦流起到調節線圈原來阻抗的作用。

因此，通過上述方程組的推導，可將探頭線圈的等效阻抗Z表示成如下一個簡單的函數關系：

其中，x為檢測距離；μ為被測體磁導率；ρ為被測體電阻率；f為線圈中激勵電流頻率。

所以，當改變該函數中某一個量，而固定其他量時，就可以通過測量等效阻抗Z的變化來確定該參數的變化。在目前的測量電路中，有通過測量ΔL或ΔZ等來測量x ,ρ,μ,f的變化的電路。

四、電渦流傳感器測量電路原理

電渦流傳感器常用的測量電路有電橋電路和諧振電路，阻抗Z的測量一般用電橋，電感L的測量電路一般用諧振電路，其中諧振電路又分為調頻式和調幅式電路。

5ra)h)dx · dy 此電流在軸線任意點P 處所產生的磁感應強度為：

整個載流扁平線圈通以電流I 后，在軸線上任意P 點處產生的磁感應強度為：

式中，x1 就是扁平線圈端面到被測體的距離，可用x表示，所以線圈軸線上某點P 產生的磁感應強度可改寫為：

傳感器課程設計

5.3 濾波電路的選擇

通過上節的COMS晶體振蕩器，產生出了穩定的方波。方波圖形和其分解表達式如圖4-6所示。從表達式中可以看出，方波是正弦波的合成波形，其振幅是基波的奇次倍頻率波形振幅的合成。若從中抽出高次諧波，即可得到所需正弦波。

由于本次設計需要濾掉方波中高于1M的信號，因此可以選用低通濾波器將方波變成正弦波。濾波電路有多種形式，大致分為有源濾波和無源濾波，二者最大的差別在于濾波電路中是否使用了有源元器件——運算放大器。對于截止頻率為MHz數量級的濾波電路，則有源濾波器對運算放大器等的高頻特性要求非常嚴格。因此在本電路中，將采用結構相對簡單的無源濾波電路。

在濾波器的近代設計方法中有各種方式，如巴特沃思型、切比雪夫型、貝塞型、高斯型等。本文選用通帶內響應最為平坦的巴特沃思型低通濾波器，它對構成濾波器的元件Q值要求較低，因而易于制作和達到設計性能。為了同時滿足電路濾波的精確性和結構簡單，本次設計預選用巴特沃思型3階低通濾波器，其基本結構和對數幅頻特性如圖4-7所示:

5.4 增益調節電路的選擇

經過濾波電路后輸出的正弦波信號，由于信號幅值的衰減，很難直接滿足設計時的要求。因此在電路中，為了便于調節,使輸出電壓值能滿足需要，有必要在濾波電路之后加上一個增益調節環節。常用的增益調節電路，有同相比例放大器和反向比例放大器。具體的電路結構分別如圖4-8中（a）、（b）所示：

傳感器課程設計

上圖中兩電路的基本特性參數比較如表4-1所示：

從上表中可以看出，兩電路都能靈活調節輸出電壓幅值的大小。但同時考慮到各模塊電路之間需要加隔離電路，而同相比例放大的輸入電阻趨于無窮大，更適合于做隔離電路。因此兼顧調節幅值和隔離電路的兩個功能，本次設計選用同相比例放大電路來做增益調節環節。

5.5 移相電路的選擇

本次設計中，要得到兩個幅值相等的正交信號，必須采用移相電路。將上節濾波后所得到的交流信號經過90度移相后即可得到兩個正交的信號。

本次設計采用如圖4-10所示的有源移相電路。

上圖中的電路是通過將單節RC移相電路接入到反向放大器的非反向輸入端子來實現的。該電路可在保持輸入輸出電壓幅值不變的情況下，進行90度移相，這就有效地解決了采用RC級聯所帶來的麻煩。根據理想放大器的條件，可得如下方程組：

傳感器課程設計

從上述方程組可解得該電路輸入——輸出關系：，令，則上式可寫為：

從上式中所列出的該電路傳遞函數表達式，可得到該電路的幅頻特性：

當取R1=R2，即k=1時，上式的值為1，即表明圖4-10中的電路輸入輸出的電壓幅值保持不變，且與輸入信號頻率無關。因此該電路可以實現幅值不變的電路移相。同時，令θ1為上式分子中復數的相角，θ2為分母復數的相角，θ為該電路輸入輸出移相角度。根據上式可得出表達式：

再由上述方程組經過反三角函數變換可得：

上式即為該電路的相頻特性。從該式得到的結果可以看出，該電路電壓信號

0

傳感器課程設計

滿足設計需要。

六、誤差分析

6.1 非線性補償

由于振蕩回路的檢波輸出與測量位移之間為非線性關系, 為了提高渦流傳感器的使用范圍和精度,必須對電渦流傳感器進行非線性補償。補償方法有串聯式補償和并聯式補償,本文采用串聯式補償。

式中: x 為測量位移。補償模塊的表達式為

傳感器的最終輸出與測量位移之間為線性比例關系

式中:k 為比例常數,則要求補償模塊的函數關系為

因為實現串聯式非線性補償的函數為傳感器非線性關系的反函數,所以對電渦流傳感器進行標定,建立測量位移與檢波輸出之間的函數,并進行多項式擬合,建立多項式的反函數。

6.2 動態特性

電渦流傳感器的動態特性主要由振蕩回路和檢波回路的頻率特性決定, 整個傳感器的傳遞函數表示為：

式中: L1為線圈的電感;R1為線圈的串聯電阻;RC2 為檢波電路的時間常數。為了在提高系統的動態特性的同時不降低振蕩回路的品質因數,在傳感器的輸出信號流中串聯超前校正環節以改善傳感器的動態特性。超前校正的傳遞函數為：

6.3 溫度補償

傳統的檢波方式采用二極管、電容、電阻實現。由于二極管的導通特性受溫度影響比較明顯,所以傳統的二極管檢波輸出存在隨溫度變化而發生漂移的現象。感應線圈本身存在電阻隨溫度變化而變化的問題,會使傳感器輸出信號產生較大的誤差。

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第五篇：9 渦流探傷儀操作作業指導書

上海瑞斯樂復合金屬材料有限公司

渦流探傷作業指導書

文 件 號：RSL/SOP-09 替 代：

版 本： A版 修 改： 0次 受控狀態： 發 布 號：

編制： 審核： 批準： 日期： 日期： 日期：

上海瑞斯樂復合金屬材料有限公司2011年03月29日發布 2011年04月01日實施

渦流探傷作業指導書

文件編號：RSL/SOP-09 版

次：A/0

一、目的

1、規范渦流探傷作業過程。

2、使產品質量穩定，操作員工對作業過程更易于了解、方便操作。

二、要求

1、開機準備

渦流探傷儀每次開班前需使用標樣對其進行調整、效驗。

工段長或班組長將效驗與調整結果進行記錄于渦流探傷儀使用統計表。

2、作業流程

2.1將不合適的參數進行修改，需在統計表中詳細記錄，并記錄修改原因與結果。對于檢測效果要勤于復查、調整。

2.2開班生產前由工段長或班組長依據生產流轉卡的產品尺寸要求選擇對應規格的檢測探頭安裝。

2.3探頭安裝完畢后，調整探頭的位置，使型材位于探頭的中心，并和四周無接觸。