微小位移电涡流传感器的研究

机械设计制造及其自动化论文，论文编号:JX1101  论文字数:13026.页数:55

摘   要
 电涡流传感器能够静态和动态的非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护.
 本论文从电涡流传感器的基本测量原理出发，采用有限元方法，通过建模、定义材料特性、划分网格、设置边界条件、加载及求解等，对电涡流传感器的电磁场进行仿真研究。
 本论文的主要内容：
介绍传感器的发展，背景以及本次论文的选题。
电涡流传感器结构和原理介绍。
通过有限元仿真得出，检测线圈形状变化，被测体磁导率变化和检测线圈与被测体之间位置变化对电涡流传感器的影响。
有限元仿真避免复杂的计算，对电涡流传感器的设计有重要意义。
关键词：电涡流传感器 有限元  灵敏度 线性度 电磁场

Abstract
 
 Eddy current sensor can be static and dynamically non-contact, high linearity, high resolution measurement of metal conductor measured distance from the probe surface. It is a non-contact linear measuring tool. Eddy current sensor can be measured accurately measure body (must be a metal conductor) and the static and dynamic between the probe end relative displacement. High-speed rotating machinery and reciprocating motion mechanical state analysis, vibration study, analytical measurement, the pair of high-precision non-contact vibration, displacement signal, can be collected continuously and accurately to the rotor vibration state of the various parameters.Eddy current sensor system is widely used in electric power, petroleum, chemical, and metallurgical industries and some scientific research units. On the turbine, turbine, blower, compressor, air extension, gear boxes, large cooling pumps and other large rotating machinery shaft radial vibration, axial displacement, the key phase detector, shaft speed, differential expansion, eccentricity, and rotor dynamics and parts dimensional inspection, etc. online measurement and protection.
 This paper from the basic eddy current sensor measuring principle, it applied the finite element method, through modeling, the definition of material properties, meshing, set the boundary conditions, loading and solving, etc., on the eddy current sensor for electromagnetic field simulation.
 The main contents of this paper:
 1.Describes the development of the sensor, the background and the topics of this paper.    2.Structure and principle of eddy current sensor description.    3.Obtained by finite element simulation, testing coil shape changes, the measured changes in the magnetic permeability and the detection coil and the measured changes in body position between the eddy current sensor.    4.Finite element simulation to avoid complicated calculations, on the design of eddy current sensor is important.
 Keywords: Eddy current sensors   element  sensitivity   linear degrees electromagnetic field
目录
 
摘   要 I
Abstract II
目录 IV
第一章  绪论 1
1.1引言 1
1.2传感器的发展情况 1
1.3课题的选择 3
1.3.1 选题的背景及意义 3
1.3.2研究的基本内容与拟解决的主要问题 3
1.3.3研究的方法与技术路线 3
第二章 电涡流传感器的结构和原理 4
2.1电涡流传感器介绍 4
2.2电涡流传感器的基本工作原理及电路图 5
2.2.1电涡流传感器的工作原理 5
2.2.2电涡流传感器的等效电路图 6
2.3电涡流传感器的分类 7
2.4电涡流式位移传感器主要技术指标 8
第三章 电涡流传感器的仿真及Quickfield介绍 11
3.1有限元的定义 11
3.1.1有限元的特点 11
3.1.2有限元常用术语 12
3.2 Quickfield的介绍 12
3.2.1 Quickfield的应用领域 13
3.2.2QuickField的特征 13
3.2.3 Quickfield的应用模块 13
3.3电涡流传感器选择及主要结构确定 15
3.3.1电涡流传感器的选择 15
3.3.2检测线圈的选择 16
3.3.2反射体的设计 17
3.3.3定义材料特性 17
3.4线圈形状变化的仿真 18
3.4.1有限元仿真过程 18
3.4.2仿真结果 21
3.4.3结论 26
3.5对于电涡流传感器检测线圈与被测体距离变化的仿真 26
3.5.1用Quickfield进行仿真 26
3.5.2结果 37
3.6.被测体磁导率变化的仿真 37
3.6.1分别对五组参数进行仿真计算 37
3.6.2结果 48
第四章   结论 49
参考文献 50
致 谢 51