李海銘

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化系，吉林 吉林 132000）

基于電渦流傳感器的金屬識別系統(tǒng)設(shè)計

李海銘

（吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化系，吉林 吉林 132000）

電渦流傳感器在金屬識別領(lǐng)域有著較廣泛的應(yīng)用，它不僅可以對大型旋轉(zhuǎn)機械的軸的徑向振動、軸向位移、軸轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行在線測量，還可以對零件的尺寸進行檢驗。本文主要應(yīng)用電渦流傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬進行探測的特點，來通過單片機控制完成設(shè)計一個金屬識別系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)作為一個實驗?zāi)Ｐ蛯﹄姕u流傳感器的工作原理和測量方法進行研究。

電渦流傳感器；電橋法；金屬識別

1 傳感器工作原理

電渦流傳感器屬于電感式傳感器的一種，它是利用線圈與傳感器之間的交互模式來引導(dǎo)電流系數(shù)變化的數(shù)據(jù)模型，它的實現(xiàn)方式是通過轉(zhuǎn)換電感量的傳感系統(tǒng)進行的。高頻反射式電渦流傳感器主要是由線圈在框架上的纏繞構(gòu)成，這種線圈的形狀呈現(xiàn)扁平狀態(tài)，它可以固定在儀器的頂端，也可以將其粘連在整個框架的周圍，緊貼儀器的槽內(nèi)安置。

說到此類型的傳感器的結(jié)構(gòu)安裝，相信大家都能夠理解。它是由系統(tǒng)內(nèi)部的電圈組成，電圈在外形框架上纏繞，將整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定住。它的纏繞方式也分為許多種，可以是在儀器的頂部進行互換，也可以在框架的周圍進行購置。電渦流傳感器的特殊性就在于它是通過線圈與金屬導(dǎo)體產(chǎn)生反應(yīng)來進行操作的，而它們之間也可以稱作是一種耦合性吸引。耦合程度的不同則說明電渦流傳感器的變化規(guī)律也是不同的。電感線圈產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過金屬導(dǎo)體時，金屬導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，且呈閉合回路，類似于水渦流形狀，故稱之為電渦流也叫做電渦流效應(yīng)，其實是電磁感應(yīng)原理的延伸。渦流的大小與金屬體的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、金屬板的厚度d、線圈與金屬導(dǎo)體的距離x、線圈的勵磁電流頻率f等參數(shù)有關(guān)。電渦流傳感器的運動規(guī)則相對簡單，它主要是通過電渦流信息感應(yīng)來完成的，將電渦流內(nèi)部的電量剔除，非電量留下，與線圈的阻抗規(guī)律形成變化趨勢，進行通過二者不同程度的反映進行測量。所以，我們可以由此得出，測量儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與許多方面都相關(guān)，其中包括設(shè)備的性能、儀器的感應(yīng)效率、設(shè)備的規(guī)格等等。通常情況下來說，傳感器的靈敏度取決于被測物體的基本屬性，被測物體的基本屬性比較好，傳感器的靈敏程度也就相對較高。所以，為了充分發(fā)揮傳感器的功能，被測物體的形態(tài)非常重要。例如：如果其形狀是圓柱體，被測導(dǎo)體與項圈直徑的倍數(shù)不能低于三點五，不然則會影響系統(tǒng)的基本功能與實現(xiàn)效益。就電磁的傳感原則而言，傳感器線圈通電時，并且以交變電流的形態(tài)呈現(xiàn)。系統(tǒng)周圍一定會形成內(nèi)部感應(yīng)，也就是我們通常所說的磁場。交變磁場的形成會使得此過程循環(huán)，金屬導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電渦流，在二者進行不斷的反復(fù)，進而構(gòu)成新的交叉磁場。根據(jù)楞次定律所得，它能夠反映原磁場的發(fā)展動態(tài)，并且使新、舊磁場之間產(chǎn)生對抗，導(dǎo)致等效電感的出現(xiàn)。等效電路如圖1所示。

圖1 等效電路圖

2 測量方法

根據(jù)電渦流測量的基本原理，不同測量對象所對應(yīng)的等效阻抗是不同的，因此需要測量電路把阻抗變化轉(zhuǎn)變成電壓進行測量。對電渦流傳感器變量的測量采用的方法是電橋法。電橋法是將傳感器線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)化為電壓或電流的變化。傳感器線圈的阻抗作為電橋的橋臂，起始狀態(tài)，使電橋平衡。在進行測量時，由于傳感器線圈的阻抗發(fā)生變化，使電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號進行放大并檢波，就可得到與被測量成正比的輸出。電橋?qū)鞲衅骶€圈的阻抗變化轉(zhuǎn)變成電壓幅值變化，主要用于差動式電渦流傳感器。

我國雖然建立了“三位一體”的會計監(jiān)督體系，即單位內(nèi)部監(jiān)督、政府部門監(jiān)督及社會審計監(jiān)督，并要求國有大中型企業(yè)和上市公司的財務(wù)報告必須經(jīng)過會計師事務(wù)所的審計后方為有效，但實際執(zhí)行效果并不理想。

被測物體的表面要光滑、平坦。非鋼材被測體和小于三倍傳感器直徑的被測表面影響傳感器輸出特性。應(yīng)當(dāng)保持傳感器探頭周圍有足夠的空間，在3倍探頭直徑范圍內(nèi)，不應(yīng)由金屬體，傳感器安裝應(yīng)遠離轉(zhuǎn)動體臺階面，這樣可避免周圍金屬結(jié)構(gòu)的干擾，準確測量振動值。傳感器可在有酸堿腐蝕的環(huán)境中使用。

3 系統(tǒng)設(shè)計

單片機采用宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2系列單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。具有2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/ S）。

傳感器由探頭和測量電路組成，測量電路的輸出端為電壓信號，通過單片機自帶的AD功能將測量電路的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行處理；單片機將實時數(shù)據(jù)通過LCD顯示，便于觀察和記錄數(shù)據(jù)。電渦流傳感器采用自制探頭，通過漆包線自行纏繞成環(huán)形，用模具和膠帶固定好，引出的兩根線接入電橋電路中。

采用SPSS11.0統(tǒng)計軟件進行分析,計量資料以(±s)描述,采用兩獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

LCD采用12864液晶屏。通過LCD實時顯示傳感器采集回的數(shù)值，以及查表識別的金屬名稱和類別。

迄今為止，功能性便秘尚無徹底的根治方法。但對患者實施系統(tǒng)的護理干預(yù)，幫助患者建立良好的生活習(xí)慣，可以有效的減少便秘的發(fā)生，提高老年患者的生活質(zhì)量。

選擇幾種不同形狀，不同材質(zhì)的待測金屬，測出對應(yīng)的數(shù)組，編入列表程序，在傳感器經(jīng)過被測金屬時，傳感器采集到的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號給單片機處理，單片機根據(jù)查表篩選出對應(yīng)的材料和名稱，將結(jié)果顯示到12864液晶屏上。

測試不同的金屬種類，不同的金屬形狀對應(yīng)不同的電壓值，把電壓值列表統(tǒng)計，即可根據(jù)傳感器采集到的電壓值來判斷金屬的種類或者形狀，采用此方案即可實現(xiàn)金屬識別的功能。

4 結(jié)論

采用電渦流傳感器實現(xiàn)的金屬識別功能具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、采集方便等優(yōu)點。為了充分有效地利用電渦流效應(yīng)，如果其形狀是圓柱體，被測導(dǎo)體與項圈直徑的倍數(shù)不能低于三點五，不然則會影響系統(tǒng)的基本功能與實現(xiàn)效益。因此電渦流傳感器的尺寸不能做的太大。本系統(tǒng)較適用于作為一個實驗?zāi)Ｐ蛯﹄姕u流傳感器的工作原理和特點進行研究。

［1］劉利秋.基于電渦流傳感器測厚及材質(zhì)鑒別的研究［J］.沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006（05）.

［2］廖雅琴.電渦流傳感器的仿真與設(shè)計［D］.電子科技大學(xué)，2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.030