电涡流位移传感器振动测量系统.docx

电涡流位移传感器振动测量系统搭建实验目的本实验旨在探究车-车梳切削过程中，切削参数与刀具几何形状对切削颤振的影响，最终确定切削的稳定域。实验过程中需要利用电涡流位移传感器对车-车梳切削中圆轴工件的径向振动与轴向振动进行实时监测。切削实验及振动测量系统原理切削实验及振动测量系统原理图图1切削实验及振动测量系统原理图振动测量（1）径向振动测量图2 径向位移测量（2）轴向振动测量图3轴向位移测量电涡流位移传感器振动测量系统搭建1. 电涡流位移传感器1.1 电涡流传感器概述电涡流传感器能静态和动态地非接触、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。它是一种非接触的线性化计量工具。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。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。在所有与机械状态有关的故障征兆中，机械振动测量是最具权威性的，这是因为它同时含有幅值、相位和频率的信息。机械振动测量占有优势的另一个原因是：它能反应出机械所有的损坏，并易于测量。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。1.2 电涡流传感器原理探头、(延伸电缆)、前置器以及被测体构成基本工作系统。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这种变化与涡流效应、金属磁导率、电导率和几何形状，以及传感线圈几何参数、电流强度和频率有关，此外还与金属导体和传感线圈之间的距离有关。当金属是均质的和各向同性的，则传感线圈特征阻抗可表示为：Z=Z（μ，σ，r，N，I，ω，x）式中μ和σ是金属导体的磁导率和电导率，r 和 N 是传感线圈的半径和匝数，I 和ω分别是激励电流的强度和频率，x 为金属导体和传感线圈之间的距离。若控制μ、σ、r、N、I、ω恒定不变，则传感线圈的特征阻抗只是距离的单值函数 Z=Z（x）。虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗 Z 的变化，即头部体线圈与金属导体的距离 D 的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。图4电涡流位移传感器测距原理其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的 Q 值也发生变化，Q 值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。1.3 电涡流位移传感器的特点（1）电涡流位移传感器能测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置。（2）电涡流位移传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及进行预测性维修。（3）从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其核心——转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的状态，测量结果可靠、可信。过去，对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器，通过测量机壳振动，间接地测量转轴振动，测量结果的可信度不高。1.4 电涡流位移传感器的典型应用电涡流位移传感器系统以其独特的优点，广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业，对汽轮机、水轮机、发电机、鼓风机、压缩机、齿轮箱等大型旋转机械的轴的径向振动、轴向位移、鉴相器、轴转速、胀差、偏心、油膜厚度等进行在线测量和安全保护，以及转子动力学研究和零件尺寸检验等方面。图5列举了传感器的一些典型应用示意。图