基于温度不变点的涡流位移开关传感器设计与开发

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对于工程中的位移测量,常见的测量传感器有光栅位移传感器、差动变压位移传感器、电阻位移传感器、光电编码位移传感器、电涡流位移传感器等。其中电涡流位移传感器以其结构简单、非接触式、性价比高等优点广泛应用于检测位移、厚度、缺陷等工程领域。但电涡流传感器作为一种电感式涡流传感器,对环境温度较敏感,故需研究并设计一种抗温性的涡流传感器,增强涡流传感器对环境温度的适应性。本文采用有限元仿真分析与实验验证相结合的方法,通过将涡流传感器的探头设计仿真、信号电路的分析处理、涡流传感器的信号数据采集等部分结合,系统地研究了基于电磁感应原理的涡流位移开关传感器设计方法,设计了一款新型涡流位移开关传感器。在保证测量精度情况下,该款涡流位移开关传感器较大程度地提高了涡流传感器的抗温性能。本文的主要研究内容如下:(1)基于特征磁信号的双线圈探头单元优化设计。建立了用于位移测量的双线圈探头有限元模型,研究了双线圈的几何结构参数及环境温度对特征磁差分信号的影响,在此基础上发现了在特定结构下的仿真输出磁信号随环境温度的变化趋势,验证了不同环境温度下的曲线交于一个区域的现象,该现象称为温度不变点现象。对温度不变点的区域位置进行进一步仿真分析,提出当涡流位移开关传感器的检测目标距离为10.0mm时,通过最小二乘降维和神经网络获取了线圈探头的最优结构参数。(2)涡流位移开关传感器系统设计与集成。提出了总体实验方案,根据第二章中线圈的最优参数,加工了涡流位移开关传感器探头,设计了双线圈输出信号调理电路,将仿真中特征点的磁差分信号转换为电压信号,并利用单片机通信技术对涡流传感器信号进行采集显示。最终完成了涡流位移开关传感器系统的集成。(3)高低温实验测试及误差分析研究。确定了高低温测试实验目标,通过已调试的高低温测试平台,完成了涡流位移开关传感器的线圈输出测试、电阻测试、激励电压测试等实验,为后续的高低温测试实验做好了准备。通过采集实验数据,研究分析了涡流位移开关传感器系统的开关性能,并对实验结果进行了全面的误差分析。
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