一种电涡流传感器响应带宽测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电涡流传感器响应带宽测试装置及方法，装置包括响应带宽测试模块、电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、电源模块、信号产生模块、输出信号显示模块；响应带宽测试模块由模拟开关、线圈骨架和金属线圈组成，金属线圈绕制在线圈骨架上，金属线圈两端分别与模拟开关相连；响应带宽测试模块的一端分别与电源模块和信号产生模块相连，其中电源模块用于为响应带宽测试模块供电，信号产生模块用于为响应带宽测试模块提供稳定方波信号；响应带宽测试模块的另一端依次与电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、输出信号显示模块连接。输出信号显示模块连接。输出信号显示模块连接。

【技术实现步骤摘要】
一种电涡流传感器响应带宽测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及传感器性能测试领域，尤其涉及一种电涡流传感器响应带宽测试装置及方法。

技术介绍

[0002]电涡流传感器是一种建立在电涡流效应原理上的传感器，具有体积小、结构紧凑坚固、耐腐蚀、耐湿热、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、抗干扰能力强、不受油污等介质的影响等优点，在工业自动化、航空航天、军事工程、环境监测、海洋监测、石油化工、生物工程等许多领域得到越来越广泛的应用，特别是在大型旋转机械在线状态监测与故障诊断中得到广泛应用。
[0003]旋转叶片作为航空发动机、汽轮机、燃气轮机、烟气轮机、鼓风机等大型旋转机械的核心做功元件，其自身工作状态直接决定大型旋转机械的运行安全和效率，目前旋转叶片在线状态监测是预防叶片故障最有效手段。为实现旋转叶片在线状态监测，需要在机匣上正对叶盘处安装用于旋转叶片在线状态监测的叶端传感器，叶片扫过叶端传感器时会产生叶端传感信号，后续通过对叶端传感信号进行分析处理等可获取各类叶片状态参数，例如叶尖间隙、叶尖到达时刻等。
[0004]当叶片扫过电涡流传感器探头时，探头内线圈产生的磁场会被叶片电涡流产生的磁场部分抵消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化，这种变化与叶片的几何尺寸、电导率、磁导率有关，也与线圈的几何参量、电流的频率和线圈到叶片间的距离有关。
[0005]当电涡流传感器作为叶端传感器使用时，不同装备、同一装备不同级叶盘的叶片在长度和旋转速度上均有不同，因此对电涡流传感器响应带宽也有不同要求。目前通常用3dB响应带宽作为衡量电涡流传感器响应带宽的测试指标。电涡流传感器3dB响应带宽f
b
可由叶端传感信号上升时间τ
r
根据f
b
≈0.35/τ
r
估计，其中τ
r
＝d
s
/v，d
s
为电涡流传感器信号感知区域直径，v为叶尖线速度。以汽轮机为例，其末级叶片半径可达2m，旋转速度可达3000rpm，因此其最大叶尖线速度为628m/s，设电涡流传感器信号感知区域直径d
s
为5mm，则电涡流传感器3dB响应带宽f
b
需满足f
b
≥230kHz。若电涡流传感器3dB响应带宽低于最小需满足响应带宽，则当叶片旋转速度过快时，其获取的叶端传感信号将会产生畸变，进而影响叶片状态参数测量的准确性，严重影响叶片状态参数的实时监测。
[0006]然而，由于机械式模拟旋转实验台难以达到实际大型旋转机械转速频率，直接利用模拟转台难以测试电涡流传感器响应带宽。另外，旋转叶片在高速运行时存在振动，会对电涡流传感器响应带宽定量测试产生影响。针对电涡流传感器，当前未有响应带宽的定量测试方法。因此，研制一种频率可调、电感调制稳定的电涡流响应带宽测试模块，模拟电涡流传感器线圈电感变化，替代被测导体，实现对电涡流传感器响应带宽的测试，获取电涡流传感器3dB响应带宽范围，是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种电涡流传感器响应带宽测试装置及方法，该装置及方法利用响应带宽测试模块产生电感调制信号，通过信号产生模块改变电感调制频率，利用输出信号显示模块检测电涡流传感器在不同频率的响应，实现电涡流传感器的响应带宽测试。该装置及方法可简便、快速、直观、实时、稳定、准确地测量电涡流传感器3dB响应带宽，可用于确定电涡流传感器在叶片状态参数监测过程中的极限响应速度，避免其工作在超过极限响应速度的测量环境中，影响叶片状态参数测量的准确性。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种电涡流传感器响应带宽测试装置，包括响应带宽测试模块、电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、电源模块、信号产生模块、输出信号显示模块；响应带宽测试模块由模拟开关、线圈骨架和金属线圈组成，金属线圈绕制在线圈骨架上，金属线圈两端分别与模拟开关相连；
[0010]响应带宽测试模块的一端分别与电源模块和信号产生模块相连，其中电源模块用于为响应带宽测试模块供电，信号产生模块用于为响应带宽测试模块提供稳定方波信号；响应带宽测试模块的另一端依次与电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、输出信号显示模块连接；电涡流传感器能够产生与金属线圈同频的电感变化，传感器驱动及调理模块用于为电涡流传感器施加驱动并处理输出信号；输出信号显示模块用于显示电涡流传感器输出信号的实时变化。
[0011]进一步的，在电源模块和信号产生模块的激励下，模拟开关产生通断变化，引起金属线圈由于电流磁效应产生电感变化，电感变化的大小可控，由金属线圈线径、匝数及线圈骨架尺寸决定；线圈骨架端面与电涡流传感器探头端面紧密接触，以保证电涡流传感器接收到的电感变化的稳定性，当金属线圈产生电感变化时，电涡流传感器的交变磁场被金属线圈产生的电感变化所调制，产生与金属线圈同频的电感变化。
[0012]进一步的，信号产生模块为信号发生器、函数发生器、脉冲发生器、任意波形发生器其中的任意一种；输出信号显示模块为示波器、波形记录仪、频谱分析仪其中的任意一种。
[0013]本专利技术还提供一种基于所述电涡流传感器响应带宽测试装置的测试方法，包括：
[0014]S1.施加测试激励信号；开启电源模块、信号产生模块和输出信号显示模块，调整电源模块至模拟开关工作电压，设置信号产生模块的输入波形类型为方波，设置信号产生模块的峰峰值，确保输出信号显示模块的输出信号未发生饱和现象；
[0015]S2.确定中心频率f
c
；从0开始增大信号产生模块的输入频率，观察输出信号显示模块的输出信号，记录输出信号幅值最大时信号产生模块对应的输入频率，记此时信号产生模块的输入频率为电涡流传感器的中心频率f
c
，记录此时输出信号显示模块的输出信号的峰峰值为A；
[0016]S3.进行响应带宽测试；调节信号产生模块，从0Hz开始增大信号产生模块的输入频率，记录各输入频率下输出信号显示模块的输出信号的频率和峰峰值，记各输入频率下输出信号的峰峰值为A
n
，其中n对应为各输入频率值；
[0017]S4.确定3dB响应带宽上下限；根据3dB响应带宽定义，当A
n
≥0.707A时，认为频率
值n在3dB响应带宽内；将步骤S3记录的各输入频率下输出信号峰峰值A
n
与中心频率f
c
下输出信号峰峰值A进行逐一对比；找到A
n
＝0.707A时的2个输入频率值，记为f1和f2，其中有f1＜f
c
＜f2，则f1和f2即为电涡流传感器3dB响应带宽的上下限；
[0018]S5.确定3dB响应带宽值；通过步骤S4获得电涡流传感器3dB响应带宽上下限为[f1,f2]，则3dB响应带宽值为f
b
＝f2‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电涡流传感器响应带宽测试装置，其特征在于，包括响应带宽测试模块、电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、电源模块、信号产生模块、输出信号显示模块；响应带宽测试模块由模拟开关、线圈骨架和金属线圈组成，金属线圈绕制在线圈骨架上，金属线圈两端分别与模拟开关相连；响应带宽测试模块的一端分别与电源模块和信号产生模块相连，其中电源模块用于为响应带宽测试模块供电，信号产生模块用于为响应带宽测试模块提供稳定方波信号；响应带宽测试模块的另一端依次与电涡流传感器、传感器驱动及调理模块、输出信号显示模块连接；电涡流传感器能够产生与金属线圈同频的电感变化，传感器驱动及调理模块用于为电涡流传感器施加驱动并处理输出信号；输出信号显示模块用于显示电涡流传感器输出信号的实时变化。2.根据权利要求1所述一种电涡流传感器响应带宽测试装置，其特征在于，在电源模块和信号产生模块的激励下，模拟开关产生通断变化，引起金属线圈由于电流磁效应产生电感变化，电感变化的大小可控，由金属线圈线径、匝数及线圈骨架尺寸决定；线圈骨架端面与电涡流传感器探头端面紧密接触，以保证电涡流传感器接收到的电感变化的稳定性，当金属线圈产生电感变化时，电涡流传感器的交变磁场被金属线圈产生的电感变化所调制，产生与金属线圈同频的电感变化。3.根据权利要求1所述一种电涡流传感器响应带宽测试装置，其特征在于，信号产生模块为信号发生器、函数发生器、脉冲发生器、任意波形发生器其中的任意一种；输出信号显示模块为示波器、波形记录仪、频谱分析仪其中的任意一种。4.一种基于权利要求1所述电涡流传感器响应带宽测试装置的测试方法，其特征在于，包括：S1.施加测试激励...

【专利技术属性】
技术研发人员：段发阶，周琦，牛广越，支烽耀，李芳怡，蒋佳佳，傅骁，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：