涡流 教学设计

第一篇：涡流 教学设计

《涡流 电磁阻尼和电磁驱动》教学设计

【教学目标】

1、知识目标

（1）、知道涡流是怎么产生的；（2）、了解涡流现象的利用和危害；

（3）、通过对涡流的实例分析，了解涡流现象的生产和生活中的应用；（4）、了解电磁阻尼和电磁驱动，能分析实例。

2、过程与方法

（1）、用实验的方法引入新课，激发学生的求知欲；（2）、用旧知识分析新问题，分析请涡流产生的原因；

（3）、利用理论联系实际的方法，加深理解涡流、电磁阻尼和电磁驱动。

3、情感态度价值观

（1）、通过演示实验和对实验的分析，培养学生的观察和推理能力；（2）、通过实践活动培养学生的团队精神，体验物理世界的神奇；

（3）、从观察现象分析原因并加以运用，让学生体验成功的喜悦，树立学好物理的信心。

【教学重点】

知道涡流产生原理及其应用。

【教学难点】

分析电磁阻尼和电磁驱动现象。

【教学用具】

自制跳环实验教具（可拆卸变压器、铝环、无极调速器、木箱）、电磁炉、玻璃碗、铁腕、蜡烛、食用油、泡沫板、二极管、自制电磁阻尼、驱动演示仪。

【教学过程】

一、创设情景——引入新课

教师演示实验：利用自制的跳环魔术演示涡流的机械效应。提出问题：铝环为什么会受控制？激发学生的好奇心。让学生带着问题来学习今天的内容。

二、实验演示——引出涡流

老师提问：家里平时怎么用电磁炉做饭呢？ 学生回答：把锅放在电磁炉上通电就可以了。老师提问：做完饭后电磁炉的面板烫吗？能用手摸吗？ 学生回答：面板很烫，不能用手摸。

演示实验：将泡沫板粘在纸板上，泡沫板的四角再粘四小块泡沫板，放在电磁炉上。先将玻璃碗放在纸板上，侧面抹上食用油，底部撒上事先削好的蜡烛片，接通电源看是否会有现象发生，观察后无现象。再将铁碗放在电磁炉上，同样侧面抹上食用油底部撒上蜡烛片，接通电源。学生很快会观察到铁碗中冒出白烟，倾斜铁碗，可以看到蜡烛融化，铁碗很烫。

三、理论分析——探究涡流现象的存在 老师提问：实验中泡沫板与面板接触了吗？ 学生回答：没有。

老师拿起泡沫板让学生观察，可以看到泡沫板完好无损。

让学生上来摸一下面板，（学生不敢摸，用手指挨一下迅速离开，发现不烫后，将手放心的放在面板上，一脸不相信。）老师提问：面板烫吗？ 学生回答：不烫。

其他同学不相信，再让一个同学上来体验。

老师提问：铁碗温度升高了，内能增加了，是热传递吗？ 由于面板是凉的，泡沫板是完好的。学生回答：不是热传递。老师提问：焦耳定律的内容。

学生回答：焦耳定律的内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的平方成正比跟导体的电阻及通电时间成正比。

引导学生大胆的猜想：铁碗的内能增加，是因为铁碗中有电流。演示实验，验证猜想

将连有灯泡的线圈放在面板的上方，让学生观察现象。实验现象：灯泡发光了。（学生感到很神奇）

揭秘电磁炉，电磁炉通的是220V，50Hz的交流电，线圈内通有变化的电流，变化的电流周围有变化的磁场，根据麦克斯韦的电磁波理论可知，变化的磁场会在其周围空间激发感生电场，铁碗是闭合导体，铁碗中的自由电荷在感生电场的作用下定向移动形成电流，铁碗中产生的感应电流我们把它叫涡流。

1、定义：在变化的磁场中任何导体都会产生像水中漩涡一样的感应电流，我们把它叫涡电流，简称涡流。

总结实验----分析涡流热效应。

分析上面实验可知：涡流和其他电流一样要产生热量，涡流也有热效应。

2、涡流热效应的应用：真空冶炼炉、高频焊接机、电磁炉等。

分析真空冶炼炉原理：线圈中通反复变化的电流，炉内的金属产生涡流，涡流产生的热量使金属熔化，该装置可以在真空中进行，能冶炼出高质量的合金。3.涡流的危害：

老师展示变压器铁芯。

变压器或电机机芯并不是有整块金属，而是有彼此绝缘的薄硅钢片叠合而成。老师提问：这样的目的是什么？ 学生回答：是为了增大电阻。

总结：目的是为了增大电阻，减小涡流，减少铁芯内产生的热量，避免热量过多损坏用电器。学生活动：使用金属探测器，探测同学身上的金属。

学生分析：金属探测器的工作原理。

四、实验演示----引出电磁阻尼

我们学习了涡流的热效应，涡流还有其它效应么？ 让学生观察演示仪器。

老师提问：仪器两侧的区别是什么？ 学生回答：一侧粘有磁铁，另一侧没有。老师简单的介绍仪器。

老师提问：用相同的力度同时拨动两个铝罐，哪个铝罐会先停下来？ 学生猜想：同时停下来，或其中某一个先停下来。

学生观察现象：紧挨磁铁的铝罐很快停下来，没磁铁的一侧要很长时间才能停下来。老师提问：为什么紧挨磁铁的铝罐很快停下来，是这一侧摩擦力大么？

将两个铝罐拨到无磁铁的一侧，再用相同的力度拨动，学生会看到，两个铝罐几乎同时停下来，说明不是摩擦力的原因。

老师引导学生分析现象： 铝罐在磁场中运动，铝罐中产生感应电流，感应电流是铝罐收到安培力，安培力阻碍铝罐转动，是铝罐快速停下来——引出电磁阻尼。

1、电磁阻尼：导体在磁场中运动时，导体中产生的感应电流使导体受到安培力,而安培力总是阻碍导体的运动的现象。

2、电磁阻尼的应用：磁电式电表中缠绕线圈的铝框；电磁制动器等。学生活动：分析微安表运输时用导体将正负接线柱连在一起的作用。不连接时晃动指针使其偏转，连上线后再次晃动，比较两种情况的偏转角度。老师引导学生分析现象：连上线后线圈与导体形成闭合回路，线圈运动切割磁感线，回路中产生感应电流，感应电流使线圈受安培力，安培力阻碍线圈运动。

五、实验演示——引出电磁驱动

提出问题：转动木盘，上面的铝棒会随之快速转动，两个木块是固定在铝棒上的，也会随之快速转动，铝罐会出现什么现象？

学生猜想：都会静止或都会转动，或一静一动。

演示实验，学生观察现象：有磁铁的一侧，铝罐随之转动，但没有磁铁转动快；无磁铁一侧，铝罐始终处于静止状态。

提出问题：是什么力驱使有磁铁一侧的铝罐转动呢？是风么？ 学生回答：不是风力，因为另一侧铝罐始终静止。

老师引导学生分析现象：磁场相对铝罐转动，铝罐中产生感应电流，感应电流使铝罐受到安培力，安培力驱使铝罐转动起来。

1、电磁驱动：磁场相对于导体转动，在导体中产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体跟着磁场运动起来，这种作用称为电磁驱动。

2、电磁驱动的应用：交流感应电动机,车内的速度计等。

六、揭秘跳环魔术

盒内安装的是变压器，变压器通220V，50Hz的交流电，铝环套在铁芯上，穿过铝环的磁场是变化的，铝环中产生感应电流，感应电流使铝环受到安培力，安培力促使铝环向上运动，又安装了无极变速开关，可以控制电流的大小，从而可以控制铝环受到的安培力，所以出现了铝环可以向上、向下运动。

七、课堂练习

1、如图所示，水平方向的磁场垂直于光滑曲面，闭合小金属环从高h的曲面上端无初速滑下，又沿曲面的另一侧上升，则()A．若是匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h B．若是匀强磁场，环在左侧上升的高度大于h C．若是非匀强磁场，环在左侧上升高度等于h D．若是非匀强磁场，环在左侧上升的高度小于h

2、如图所示，A、B为大小、形状均相同且内壁光滑，但用不同材料制成的圆管，竖直固定在相同高度。两个相同的磁性小球，同时从A、B管上端的管口无初速释放，穿过A管比穿过B管的小球先落到地面。下面对于两管的描述这可能正确的是：（）

A、A管是用塑料制成的，B管是用铜制成的； B、A管是用铝制成的，B管是用胶木制成的； C、A管是用胶木制成的，B管是用塑料制成的； D、A管是用胶木制成的，B管是用铝制成的。

3、如图所示是高频焊接原理示意图．线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少，以下说法正确的是（）A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高的越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高的越快 C．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻小

D．工件上只有焊缝处温度升的很高是因为焊缝处的电阻大

4、如图所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放向右摆至最高点B．不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（）A．A、B两点在同一水平线 B．A点高于B点 C．A点低于B点 D．铜环将做等幅摆动

5、如图所示，在光滑水平面上固定一条形磁铁，有一小球以一定的初速度向磁铁方向运动，如果发现小球做减速运动，则小球的材料可能是（）A．铁 B．木

C．铜

D．铝

八、课堂小结

1、涡流的产生、热效应的应用及危害。

2、电磁阻尼及其应用

3、电磁驱动及其应用

九、课后作业

1、整理本节课笔记。

2、完成课后3、4、5题。

【教学反思】

1、要重视科学探究、突出实验：

在本节课中，创设了跳环魔术引课，激发学生探究欲望。同时根据学生已有的知识特点，引入铝罐实验分析电磁阻尼和电磁驱动现象，巧妙的把实验贯穿整个教学过程，激发学生学习积极性。

2、重视新旧知识的联系，启发思考

在本节课中，所有的新知识均建设在学生已有的知识基础上，降低学习的难度。让学生在轻松愉快的学习氛围中，对物理事实与物理过程充分地进行分析，综合比较，判断推理，完成对知识的自我建构，实现知识的有效积累。

3、要提倡自制教具，配合教学

根据学校条件，教师水平，从教学实际出发，积极主动地自制较具，创造条件，完善了电磁阻尼和电磁驱动的教学体系，让实现现象更加直观、明显。

第二篇：涡流探伤与超声波探伤初探

涡流探伤与超声波探伤初探

一、关于无损检测

工作后查找的第一个单词叫做无损检测。在度娘的选框里输入：“无损检测用英文怎么说？”的时候，总觉得是不是应该先找本新华字典或者百度知道里搜索一下无损检测的中文含义。对于学文科的孩子来说，在学校里，大概永远不会接触到这么陌生的词汇，但是一旦离开校园，就会接触到很多很多意想不到的词语：无损检测，涡流探伤。也永远不会知道，铜管钢管的检测有他自己的方法。可以用超声波检测，也可以用涡流探伤仪来检测。那么，什么是无损检测呢？度娘说：无损检测就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。专业的解释，通俗的来说，就是不损害被检测物质的前提下进行的检测。是的，我踏入了一个陌生的领域，无损检测。

二、关于涡流探伤

涡流探伤：利用电磁感应原理，检测导电构件表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电构件内产生涡电流，借助探测线圈测定涡电流的变化量，从而获得构件缺陷的有关信息。按探测线圈的形状不同，可分为穿过式(用于线材、棒材和管材的检测)、探头式(用于构件表面的局部检测)和插入式(用于管孔的内部检测)三种。

涡流探伤的仪器可以分为很多种，例如这一款：LJET-101型涡流探伤仪，他是这样描述的：

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪是高端，全自动、高分辨率、数字化的穿过式涡流探伤仪，用于铁磁体、奥氏体钢、有色金属的管材、棒材、线材的表面及亚表面检测。主要覆盖点伤及环向缺陷，通用性强，应用范围广。操作平台基于Windows XP操作系统，可以方便地实现组网。参数调整简单，设置可存储于硬盘，调用方便。检测结果存储于数据库,方便产品批号追溯。自带远程在线诊断、在线帮助及口令保护。检测直径1~273mm，最小检测缺陷孔径符合国际涡流探伤标准孔径，也可以与旋转式探头检测系统联合使用，以提供检测覆盖率，覆盖全部纵向、横向及通孔类缺陷。性能达到国际一流水平，完全可以与世界上最先进的涡流探伤仪相媲美，而且操作方便，使用简单，配套技术服务完善。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪是采用大规模进口集成电路，结合最先进的涡流探伤技术、光电感应技术、微机控制技术的全自动涡流检测仪器。配以精美设计的机械传动装置，形成完整的机电一体化系统，是国内唯一具有成套完整系统的全自动涡流探伤仪。采用基于WINDOWS XP操作系统的操作软件使涡流探伤仪使用更为简洁、智能化。仪器经过长期的一线生产检验，性能稳定、可靠，具有自动化程度高、检测速度快等优点。该仪器是专用于金属管、棒、线材在线、离线检测的涡流探伤仪。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪采用实时涡流阻抗平面和动态时基扫描显示技术，实时同屏多窗口显示检测对象的涡流信号二维图形及动态时基曲线。计算机大屏幕信号显示，采用多模式报警技术，使得仪器操作更加容易、可靠。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪能够快速检测出各种不同材质的金属管、棒、线材的表面裂纹、暗缝、气孔、夹杂和开口裂纹等缺陷。是汽车、航天、石化、冶金、机械等行业对金属构件的在线、离线或役前、在役检测的通用仪器。

LJET—101型穿过式系列涡流探伤仪具有1KHZ——100KHZ测试频率范围，能够适应各种不同金属管道的检测要求。能够在仪器内建立标准检测数据库，方便用户在更换不同规格的材料时调用。可配接耦合间隙要求很低的穿过式探头和其它结构的探头(探头的选择完全可根据用户的检测要求而定)，仪器可选配在线测速系统、磁饱和器以及喷墨装置、探头架等，以便实现金属管棒线材在线或离线自动涡流探伤。仪器技术参数也是我们会关注的点,这款涡流探伤仪的参数如下: ☆ 检测通道：1-10(可扩展旋转式通道，旋转加穿过式组合探伤)☆ 检测频率：1KHz--100KHZ;☆ 线性增益：0—99.9dB连续可调，步长：0.1dB;☆ 探伤速度：0.3m/min—12000m/min ☆ 长时间稳定性：灵敏度dB值波动≤1 dB ☆ 人工缺陷大小分辨率≤0.1mm ☆ 人工缺陷误报率<1% ☆ 人工缺陷漏报率<1% ☆ 周向灵敏度差≤2 dB ☆ 信噪比≥15 dB ☆ 端部盲区：≤50mm ☆ 标记精度：≤±50mm

☆ 相位旋转：0--359度连续可调，步长：1度 ☆ 多种显示方式：V模式、Y模式、X/Y模式 ☆ 标样在探头中振动，信号不超过报警电平☆ 矢量分析报警模式: 扇形报警、幅值报警 ☆ 延时硬件输出报警、实时硬件输出报警 ☆ 多通道声光报警输出 ☆ 检测长度自动计算统计 ☆ 端头、端尾信号自动切除 ☆ 可大量存储各种检测程序和检测数据

☆ 具有涡流探伤信号的回放记忆功能，可追溯缺陷的幅值、相位。

☆ 自动记录显示缺陷数及其位置，自动形成检测报告(包括检测数量、合格数和不合格数等信息)☆ 中英文操作界面、在线帮助

☆ 可编程控制：上料、下料、分选、标记和联动等 ☆ 电源：交流220V±10%，50Hz±10% ☆ 环境温度：-100C---550C ☆ 环境湿度：≤85%

三、关于超声波

参加了一场关于超声波的培训。一个未知的领域，教授级别的讲师，这样的机会不是人人都有的，而我就是这么幸运的参加了。什么是超声波？超声波的工作原理。超声波探伤仪与涡流探伤仪的区别于联系。电脉冲，相位，和谐震动，当一切陌生的名词从老师的口中蹦出，只能感叹自己无知。在本子上记录了很多很多，想把更多的信息变成自己的东西，在不停地学习与积累中壮大自己。上课的目的最终还是要了解超声波探伤的用途及操作，例如：LJUT-100型旋转超声波探伤系统是专为检测管棒材产品的内部与近表面质量问题而研发的新一代检测设备。拥有结构紧凑，安装调试方便，检测结果直观易懂，可靠，工作稳定性良好等特点。LJUT-100型系列旋转超声波探伤系统对各种牌号及规格的管棒均适用，尤其是最新研发的外径在Φ6－Φ125毫米范围的铜铸管坯的旋转超声波探伤应用。本旋转探头配备装在筒形检测室内的可调角度的水浸超声波传感器(2-6个)。运行时，水箱内高速旋转，被检测管棒材直线运动，实现超声波探头围绕被检工件高速旋转，实现对被检管棒材100％的高速扫描检测。采用旋转方式驱动超声波传感器，围绕被检测管棒材的检测方式与比传统的被检测工件旋转运动的方法相比具有明显的优越性。检测速度更快，探伤灵敏度更高，在线缺陷精确定位和定量，以及更简单的管棒材上、下料分选装置和更快速、方便的规格切换。LJUT-100系列旋转超声波探伤系统使用全数字式多通道超声探伤仪。该系列在线旋转超声波探伤仪操作软件基于Windows XP系统平台，使用专用于管棒材探伤的超声探伤软件，使检测结果更直观，操作更方便，具备检测结果可记录随时调用查看等特点，同时可以和计算机周边设备连接，完成打印报告或检测结果网络传输等功能。

检测对像：有色金属及黑色金属管棒材

检测范围：各种牌号及规格(铜铸管坯Φ6-Φ125mm)检测标准：国内外管棒超声波探伤标准 检测速度：3-60m/min可调

第三篇：涡流纺纱的发展

涡流纺纱的发展

刘振中 编译

澳大利亚是世界上第三个较大的应用 日本村田公司涡流纺纱体系生产纺织品的国家，2002年投资兴建了两座涡流纺纱厂，一座是Leading Spiwning纺纱厂，有24台涡流纺纱机，第二座是Rocklea Spiwning纺织厂，有6台涡流纺纱机，另外棉纺公司在GeclonGCSiRo也投资兴建了MVS纺纱厂。村田涡流纺纱（MVS-Mwrata Vorter spinning）技术是用棉条直接喂入并牵伸拉细到需要的细纱支数，牵伸机构为四罗拉式，拉细的纤维来吸入高速回转的气流喷咀中，当纤维未被拉拉成轴，经过空心锭子时，沿着固定的空心内壁回转，使纱线获得捻度。

MVS产量高，引出速度高，直接由棉条喂入纺纱，并经过清纱后直接卷绕成筒子作为商品销售。

2001年约有265台涡流纺纱机在世界各地运行，另外还有54台已接受订货，仅美国已安装使用了229台涡流纺纱机，其余分布于东南亚及西欧。

细纱机是纺织生产全过程的瓶颈，但MVS涡流纺纱机却极大的增加了纺纱产量。

1997年进行了第一次实际生产实验生产的纯棉纱质量很高，可作针织及机织用。

涡流纺纱对棉纤维轧花加工的要求：

澳大利亚棉花研究及发展委员会（CRDC）对轧花生产加工棉纤维质量的影响并由此对MVS涡流纺纱质量的影响作了调查研究，发现MVS需要高等级棉花，纤维长度要长，短纤维含量要少。

差棉纤维长度较短，短绒含量高将导致MVS纺纱生产中纤维散失明显，是MVS纺纱不能接受的，另外还发现，经过模拟磨损试验，较长棉纤维生产的涡流纱纺织的针织布试样外观牢固、耐磨性能好。

新的MVS涡流纺纱体系引出速度很高，每分钟400米，可生产高质量的与环锭纱近似的细支纱。

棉花质量高是MVS生产优质纱、制成率高的关键。澳大利亚生产的棉花，在传统环锭纺上纺纱速度为20米/分，与

涡流纺纱系统相比较，两种体系都生产高质量细支纱，生产线都是最优良的设备，如开松梳理设备等，纱线具有柔软光滑的手感。另外，应用转杯纺生产转杯纱，引出速度为150米/分，最终用途都与上述两种纱相类似。

对于澳大利亚棉花加工业及MVS纺纱生产的优势，澳大利亚CSIRO等研究机构进行全面研究，认为优质的较长的棉纤维是重要基础。必须用优质棉纤维加工生产MVS纱，才能取得较理想的生产水平。

干燥的手感：

纯棉MVS涡流纺纱产品手感具有独特的干燥感，广为用于工作服及体育运动服等。这种独特的纺纱技术生产的涤纶纱或丝，可保证不起球，独特的干燥手感不适于做传统服装，而适于做工作服及运动服，工业用纺织品及民用产品如屏幕等。

优 点：

村田公司认为涡流纺纱技术是目前世界上第一位的，是无结头纱，可生产纯棉普梳纱，引出速度400米/分。

MVS纱具有环锭纱的结构，具备更多的功能及流行的特点，纱线毛羽很少，织物起球现象减少，染色性能及耐磨性好，织物外观光滑，吸湿性好、快干等优势。

MGS（Murata get spinner）是世界上最早的喷气纺纱机，目前在世界上运行18万锭，分布于36个国家，MGS喷气纺纱机生产的新型纱，具有独特的双层结构，使纱线具有更多的用途。

MVS及MGS两种新型纺纱都是从棉条喂入直纺细纱的。也都是分别经过高速回转气流的喷咀，然后卷绕成筒子纱，还适于2股线的生产，将粗纱、细纱、络纱及合股捻线合为一体，形成高科技，最新型的纺纱体系。涡流纺纱由于可以加工纯棉纱线，而且车速高的优点，因此将在21世纪初快速的发展。

第四篇：更改版电涡流位移传感器设计总结报告

传感器与检测技术课程设计

院 系： 专 业： 成 员： 指导老师：--电涡流位移传感器

计 划 报 告

XXX

XXXX年XX月XX日

传感器课程设计

目录

一、概述 …………………………………………………………2

二、总体设计方案…………………………………………………2

三、电涡流传感器的基本原理……………………………………3 3.1 电涡流传感器工作原理………………………………………3 3.2 电涡流传感器等效电路分析…………………………………3 3.3 电涡流传感器测量电路原理…………………………………4

四、电涡流传感器探头参数设计…………………………………6

五、电涡流传感器新型测量电路的设计…………………………7 5.1 电路实现方案…………………………………………………7 5.2 振荡电路的选择………………………………………………7 5.3 滤波电路的选择………………………………………………8 5.4 增益调节电路的选择…………………………………………9 5.5 移相电路的选择………………………………………………9 5.6 电压-电流转换电路的选择…………………………………11

六、误差分析………………………………………………………12 6.1 非线性补偿 …………………………………………………12 6.2 动态特性……………………………………………………13 6.3 温度补偿……………………………………………………13

七、设计总结.…………………………………………………………13

传感器课程设计

感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。其变化程度取决于被测金属导体的电阻率ρ，磁导率μ，线圈与金属导体的距离x，以及线圈激励电流的频率f等参数。如果只改变上述参数中的一个，而其余参数保持不变，则阻抗Z就成为这个变化参数的单值函数，从而确定该参数的大小。

电涡流传感器的工作原理，如图2-2所示：

三、电涡流传感器等效电路分析

为了便于分析，把被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环中的电流，这样就可以得到如图2-3所示的等效电路。

图中R1，L1为传感器探头线圈的电阻和电感，短路环可以认为是一匝短路线圈，其中R2，L2为被测导体的电阻和电感。探头线圈和导体之间存在一个互感M，它随线圈与导体间距离的减小而增大。U1为激励电压，根据基尔霍夫电压平衡方程式，上图等效电路的平衡方程式如下：

经求解方程组，可得I1和I2表达式：

传感器课程设计

由此可得传感器线圈的等效阻抗为:

从而得到探头线圈等效电阻和电感。

通过式（2-4）的方程式可见：涡流的影响使得线圈阻抗的实部等效电阻增加，而虚部等效电感减小，从而使线圈阻抗发生了变化，这种变化称为反射阻抗作用。所以电涡流传感器的工作原理，实质上是由于受到交变磁场影响的导体中产生的电涡流起到调节线圈原来阻抗的作用。

因此，通过上述方程组的推导，可将探头线圈的等效阻抗Z表示成如下一个简单的函数关系：

其中，x为检测距离；μ为被测体磁导率；ρ为被测体电阻率；f为线圈中激励电流频率。

所以，当改变该函数中某一个量，而固定其他量时，就可以通过测量等效阻抗Z的变化来确定该参数的变化。在目前的测量电路中，有通过测量ΔL或ΔZ等来测量x ,ρ,μ,f的变化的电路。

四、电涡流传感器测量电路原理

电涡流传感器常用的测量电路有电桥电路和谐振电路，阻抗Z的测量一般用电桥，电感L的测量电路一般用谐振电路，其中谐振电路又分为调频式和调幅式电路。

5ra)h)dx · dy 此电流在轴线任意点P 处所产生的磁感应强度为：

整个载流扁平线圈通以电流I 后，在轴线上任意P 点处产生的磁感应强度为：

式中，x1 就是扁平线圈端面到被测体的距离，可用x表示，所以线圈轴线上某点P 产生的磁感应强度可改写为：

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5.3 滤波电路的选择

通过上节的COMS晶体振荡器，产生出了稳定的方波。方波图形和其分解表达式如图4-6所示。从表达式中可以看出，方波是正弦波的合成波形，其振幅是基波的奇次倍频率波形振幅的合成。若从中抽出高次谐波，即可得到所需正弦波。

由于本次设计需要滤掉方波中高于1M的信号，因此可以选用低通滤波器将方波变成正弦波。滤波电路有多种形式，大致分为有源滤波和无源滤波，二者最大的差别在于滤波电路中是否使用了有源元器件——运算放大器。对于截止频率为MHz数量级的滤波电路，则有源滤波器对运算放大器等的高频特性要求非常严格。因此在本电路中，将采用结构相对简单的无源滤波电路。

在滤波器的近代设计方法中有各种方式，如巴特沃思型、切比雪夫型、贝塞型、高斯型等。本文选用通带内响应最为平坦的巴特沃思型低通滤波器，它对构成滤波器的元件Q值要求较低，因而易于制作和达到设计性能。为了同时满足电路滤波的精确性和结构简单，本次设计预选用巴特沃思型3阶低通滤波器，其基本结构和对数幅频特性如图4-7所示:

5.4 增益调节电路的选择

经过滤波电路后输出的正弦波信号，由于信号幅值的衰减，很难直接满足设计时的要求。因此在电路中，为了便于调节,使输出电压值能满足需要，有必要在滤波电路之后加上一个增益调节环节。常用的增益调节电路，有同相比例放大器和反向比例放大器。具体的电路结构分别如图4-8中（a）、（b）所示：

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上图中两电路的基本特性参数比较如表4-1所示：

从上表中可以看出，两电路都能灵活调节输出电压幅值的大小。但同时考虑到各模块电路之间需要加隔离电路，而同相比例放大的输入电阻趋于无穷大，更适合于做隔离电路。因此兼顾调节幅值和隔离电路的两个功能，本次设计选用同相比例放大电路来做增益调节环节。

5.5 移相电路的选择

本次设计中，要得到两个幅值相等的正交信号，必须采用移相电路。将上节滤波后所得到的交流信号经过90度移相后即可得到两个正交的信号。

本次设计采用如图4-10所示的有源移相电路。

上图中的电路是通过将单节RC移相电路接入到反向放大器的非反向输入端子来实现的。该电路可在保持输入输出电压幅值不变的情况下，进行90度移相，这就有效地解决了采用RC级联所带来的麻烦。根据理想放大器的条件，可得如下方程组：

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从上述方程组可解得该电路输入——输出关系：，令，则上式可写为：

从上式中所列出的该电路传递函数表达式，可得到该电路的幅频特性：

当取R1=R2，即k=1时，上式的值为1，即表明图4-10中的电路输入输出的电压幅值保持不变，且与输入信号频率无关。因此该电路可以实现幅值不变的电路移相。同时，令θ1为上式分子中复数的相角，θ2为分母复数的相角，θ为该电路输入输出移相角度。根据上式可得出表达式：

再由上述方程组经过反三角函数变换可得：

上式即为该电路的相频特性。从该式得到的结果可以看出，该电路电压信号

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传感器课程设计

满足设计需要。

六、误差分析

6.1 非线性补偿

由于振荡回路的检波输出与测量位移之间为非线性关系, 为了提高涡流传感器的使用范围和精度,必须对电涡流传感器进行非线性补偿。补偿方法有串联式补偿和并联式补偿,本文采用串联式补偿。

式中: x 为测量位移。补偿模块的表达式为

传感器的最终输出与测量位移之间为线性比例关系

式中:k 为比例常数,则要求补偿模块的函数关系为

因为实现串联式非线性补偿的函数为传感器非线性关系的反函数,所以对电涡流传感器进行标定,建立测量位移与检波输出之间的函数,并进行多项式拟合,建立多项式的反函数。

6.2 动态特性

电涡流传感器的动态特性主要由振荡回路和检波回路的频率特性决定, 整个传感器的传递函数表示为：

式中: L1为线圈的电感;R1为线圈的串联电阻;RC2 为检波电路的时间常数。为了在提高系统的动态特性的同时不降低振荡回路的品质因数,在传感器的输出信号流中串联超前校正环节以改善传感器的动态特性。超前校正的传递函数为：

6.3 温度补偿

传统的检波方式采用二极管、电容、电阻实现。由于二极管的导通特性受温度影响比较明显,所以传统的二极管检波输出存在随温度变化而发生漂移的现象。感应线圈本身存在电阻随温度变化而变化的问题,会使传感器输出信号产生较大的误差。

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第五篇：9 涡流探伤仪操作作业指导书

上海瑞斯乐复合金属材料有限公司

涡流探伤作业指导书

文 件 号：RSL/SOP-09 替 代：

版 本： A版 修 改： 0次 受控状态： 发 布 号：

编制： 审核： 批准： 日期： 日期： 日期：

上海瑞斯乐复合金属材料有限公司2011年03月29日发布 2011年04月01日实施

涡流探伤作业指导书

文件编号：RSL/SOP-09 版

次：A/0

一、目的

1、规范涡流探伤作业过程。

2、使产品质量稳定，操作员工对作业过程更易于了解、方便操作。

二、要求

1、开机准备

涡流探伤仪每次开班前需使用标样对其进行调整、效验。

工段长或班组长将效验与调整结果进行记录于涡流探伤仪使用统计表。

2、作业流程

2.1将不合适的参数进行修改，需在统计表中详细记录，并记录修改原因与结果。对于检测效果要勤于复查、调整。

2.2开班生产前由工段长或班组长依据生产流转卡的产品尺寸要求选择对应规格的检测探头安装。

2.3探头安装完毕后，调整探头的位置，使型材位于探头的中心，并和四周无接触。