电涡流金属材料分析传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电涡流金属材料分析传感器，为解决现有技术中成本较高、适用性不强等问题而发明专利技术。包括：外壳，用于容置传感器线圈及骨架；骨架，呈筒状，由高导磁材料制成，一端设在待测金属基板附近；传感器线圈，缠绕设在骨架上；信号源，用于为传感器线圈提供交流电信号，以在待测金属基板平面上产生涡流；检测电路，连接传感器线圈，用于检测在待测金属基板平面上产生的涡流并设有输出端。上述的结构，对不同类型标准金属材质测量时，引起的磁通量变化不同及电感量的差异通过检测电路转变成电信号经输出端输出，实现接触式或非接触式金属材质的测量；结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，适用范围广。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电涡流传感器，尤其是用于金属材料分析的电涡流传感器。
技术介绍
电涡流传感器是建立在电磁场理论的基础上工作的。从结构上来看，电涡流传感器就是一个线圈，在线圈内通以交流电，则在线圈周围将产生交变磁场。金属导体置于变化着的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流象水中漩涡那样在导体内转圈，所以称为电涡流，这种现象称为电涡流效应；根据电磁场的理论，导体的电阻率ρ、导磁率μ、导体厚度d，以及线圈与导体之间的距离x、线圈的激励频率ω等参数，都将通过电涡流效应与磁效应与线圈参数(线圈阻抗Z，电感L和品质因数Q)发生联系。或者说，线圈参数是导体参数的函数。固定其中若干参数不变，就能按涡流大小测量另外一个参数，电涡流传感器就是按此原理构成的。这种传感器已广泛用，譬如位移传感器，振动传感器、转速传感器、温度传感器、硬度传感器以及探伤传感器等；而目前用于在金属材料性能分析方面仍然采用传统的光谱分析的方式，价格昂贵、分析过程复杂，只有在一些专业的科研院所和专业的实验室才有使用，不适用于小型制造企业。
技术实现思路
为了克服上述缺陷，本技术的目的在于提供一种结构简单、成本较低、灵敏度高、适用性强的电涡流金属材料分析传感器。为了达到上述目的，本技术的电涡流金属材料分析传感器，包括：外壳，用于容置传感器线圈及骨架；骨架，呈筒状，由高导磁材料制成，一端设置在待测金属基板附近；传感器线圈，缠绕设置在所述骨架上；信号源，用于为所述传感器线圈提供交流电信号，以在所述待测金属基板平面上产生涡流；检测电路，连接所述传感器线圈，用于检测在所述待测金属基板平面上产生的所述涡流并设有输出端。特别是，所述的外壳呈圆柱状，由上、下两部分通过螺纹连接构成；其中，下部分为探头，内部设置有容置空间，所述外壁缠绕设置有传感器线圈的骨架设置在所述容置空间内；上部分为前置器，内部也设置有容置空间，所述检测电路设置在该容置空间内，中心部位穿设有用于连接交流电源的电缆与传感器线圈连接；所述上、下部分连接处均设置有两导电触头通过导线对应与检测电路和传感器线圈连接。其中，所述骨架和传感器线圈外部与探头容置空间内壁之间填充设有绝缘材料。进一步地，所述的检测电路为谐振式电路、正反馈法测量电路或电桥法测量电-->路。上述的结构，用电涡流传感器对不同类型标准金属材质测量时，引起的磁通量变化不同及电感量的差异，这种磁通量变化及电感量的差异通过检测电路转变成电信号经输出端输出，利用此种结构的电涡流传感器可制成金属材质测量仪，且可以实现接触式或非接触式金属材质的测量；将所述电涡流金属材料分析仪输出端输出的电信号经数字处理并进行储存，储存的数据作为标定值，再对测量对象测量时，将测量的数值与标定值进行比较，这样就可以判断测量对象是某种金属材质，由于电涡流式传感器是利用电涡流效应进行工作的，由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，适用范围广。附图说明图1为本技术具体实施例的剖视结构示意图。图2为本技术中高频反射式电涡流传感器原理图。图3为本技术中电涡流传感器的原理示意图。图4为本技术中电涡流传感器的等效电路示意图。图5为本技术中检测电路的谐振式电路图。图6为本技术中检测电路的调谐曲线图。图7为本技术中检测电路的反馈法测量电路。图8为本技术中检测电路的电桥法测量电路。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。如图1-8所示，本技术的电涡流金属材料分析传感器，包括：外壳1，用于容置传感器线圈2及骨架3；骨架3，内部设置有的高导磁材料制成的筒状壳体31，一端设置在待测金属基板4附近；传感器线圈2，缠绕设置在所述骨架3上；信号源，用于为所述传感器线圈提供交流电信号，以在所述待测金属基板平面上产生涡流；检测电路5，连接所述传感器线圈，用于检测在所述待测金属基板平面上产生的所述涡流并设有输出端。所述的外壳呈圆柱状，由上、下两部分11、12通过螺纹连接构成；其中，下部分为探头，内部设置有容置空间，所述外壁缠绕设置有传感器线圈的骨架设置在所述容置空间内；上部分为前置器，内部也设置有容置空间，所述检测电路设置在该容置空间内，中心部位穿设有用于连接交流电源的电缆6与传感器线圈连接；所述上、下部分连接处均设置有两导电触头7通过导线对应与检测电路和传感器线圈连接。其中，所述骨架和传感器线圈外部与探头容置空间内壁之间填充设有绝缘材料。所述的检测电路为谐振式电路、正反馈法测量电路或电桥法测量电路。上述的结构，非铁磁性金属的电导率测量和材质鉴别是涡流检测技术的重要应-->用领域之一。电导率的测量是利用涡流电导仪测量出非铁磁性金属的电导率值。通过电导率值的测量结果可以进行材质鉴别、热处理状态的鉴别以及耐应力腐蚀性能的评价。材质鉴别可以是通过利用电导仪测量出不同材料的电导率值进行，也可以是利用其他型涡流仪器(如涡流探伤仪，涡流测厚仪)检测出由于材料导电性的差异而引起的涡流响应的不同，并据此进行不同材料的鉴别，这种检测往往不是定量测量，而是定性的测试分析。相同厚度的不同板材在同一环境下产生的电涡流效应不同，通过测量传感器输出差异，即可鉴别出对应于不同的金属。高频反射式电涡流传感器结构简单，主要由安置于骨架上得扁平圆形线圈构成，如图3所示。传感线圈由高频电流i激磁，产生高频交变磁场，此在被侧体平面上产生电涡流。根据电磁感应定律，电涡流对起去磁作用，以阻止的变化。图中表示由电涡流产生的磁场，因而与反向。显然传感器线圈与被测体之间的距离δ越小，电涡流效应越强，从而把非电量δ转换为电量，以实现位移量的测量。(2)等效电路根据基尔霍夫定律，可列出电压平衡方程组R1I+jwL1I1-jwMI2＝U1-jwMI1+R2I2+jwL2I2＝0I1=U1R1+w2M2R2+(WL2)R2+jw(L1-w2M2R2+(WL22)2L2)]]>解得I2=MI1R2+(WL2)=Mw2L2I1+jwMR2I1R22+(w12)2]]>由此可求得线圈受金属导体涡流影响后的等效阻抗为：Z=R1+R2w2M2R22+(wL2)2+jw(L1-L2w2M2R22+(wL2)2)]]>线圈的等效电感为L=L1-L2w2M2R22+(wL2)2]]>由式可见，由于涡流的影响，线圈阻抗的实数部分增大，虚数部分减小，因此线圈的品质因数Q下降。阻抗由变为Z，常称其变化部分为“反射阻抗”。Q＝Q0＝(1-L2w2M2/L1Z22)/(1+R2w2M2/R1Z2)式中Q0＝WL1/R1，无涡流影响时线圈的Q值短路环的阻抗即Z＝F(δ，ρ，f，μr)，高频反射式电涡流传感器可以实现位移量的测量。(3)工作特性①电涡流的径向密度电涡流的径向密度与传感线圈外径有一定的比例关系。电涡流的径向密度与传感线圈对被测体间距δ成反比。②电涡流的贯穿深度电涡流的贯穿深度h与被测体涡流回路电阻率ρ成正比，与其相对导磁率及电-->源频率f成反比，其算关系如下：Rh=pu0urπf]]>③电涡流效应的灵敏度被测体材料物理性能的影响被测体几何尺寸的影响非线性(4)器件选择电涡流传感器的型号：JJ11CWY-DO技术参数：①探头直径：Φ8mm*、Φ1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电涡流金属材料分析传感器，其特征在于，包括：外壳，用于容置传感器线圈及骨架；骨架，呈筒状，由高导磁材料制成，一端设置在待测金属基板附近；传感器线圈，缠绕设置在所述骨架上；信号源，用于为所述传感器线圈提供交流电信号，以在所述待测金属基板平面上产生涡流；检测电路，连接所述传感器线圈，用于检测在所述待测金属基板平面上产生的所述涡流并设有输出端。

【技术特征摘要】
1.一种电涡流金属材料分析传感器，其特征在于，包括：外壳，用于容置传感器线圈及骨架；骨架，呈筒状，由高导磁材料制成，一端设置在待测金属基板附近；传感器线圈，缠绕设置在所述骨架上；信号源，用于为所述传感器线圈提供交流电信号，以在所述待测金属基板平面上产生涡流；检测电路，连接所述传感器线圈，用于检测在所述待测金属基板平面上产生的所述涡流并设有输出端。2.如权利要求1所述的电涡流金属材料分析传感器，其特征在于，所述的外壳呈圆柱状，由上、下两部分通过螺纹连接构成；其中，下部分为探头，内部设置有容置空间，所述外壁缠绕设置有传感器线圈的骨架设置在所述容置空间内；上部分为前置器，内部也设置有容置空...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯泽虎，
申请(专利权)人：淄博职业学院，
类型：实用新型
国别省市：37