本發(fā)明涉及距離測量、傳感器，具體講,涉及高速電渦流傳感器。

背景技術(shù)：

電渦流傳感器是利用交變磁場在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流效應(yīng)來進行測量的一種傳感器，具有靈敏度高，非接觸測量以及抗干擾能力強等優(yōu)點，廣泛用于位移、振動和工件損傷及變形的測量。在實際測量中，探頭由傳感線圈及外殼構(gòu)成，常用傳感線圈和前置放大電路中的電容組成lc諧振，通過測量諧振點的偏移獲得被測量的信息。為了降低振蕩器的負載，又需在lc諧振電路一端串聯(lián)電阻，故而傳感器的頻率響應(yīng)一般較低，帶寬最高幾十千赫茲。另一方面，探頭與信號處理電路通過同軸線纜連接，線纜的寄生電容導(dǎo)致測量結(jié)果不準確，從而影響精度和分辨率，且測量距離越遠影響越明顯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提出高速電渦流傳感器，能夠提高傳感器的頻率響應(yīng)，消除傳輸線纜寄生電容的影響，從而提高傳感器測量的精度和穩(wěn)定性，增加測量距離。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，高速電渦流傳感器，由探測線圈、高穩(wěn)定電容、三同軸電纜組成，線圈中的高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場，并在被測金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電渦流；感應(yīng)電渦流又反過來作用于探測線圈，導(dǎo)致其和高穩(wěn)定電容組成的lc諧振電路特性阻抗發(fā)生變化，特性阻抗變化通過三同軸電纜傳輸?shù)竭h端，在遠端測量變化的阻抗即可求出被測量。

三同軸電纜的外屏蔽層接大地，由運放op、電容c1、激勵源和電阻r1組成的驅(qū)動電路浮地，運放同相輸入端為驅(qū)動電路參考點，產(chǎn)生高頻交變電流的激勵源連接大地和驅(qū)動電路參考點；三軸電纜的芯線連接運放op的反相輸入端；內(nèi)屏蔽層連接運放op的同相輸入端；運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即解出被測量。

激勵源產(chǎn)生的交變電壓為ui，其頻率為ω，則輸出電壓為

其中j為虛數(shù)，且j²＝-1。

三同軸電纜的外屏蔽層e和驅(qū)動電路共接大地，且電纜與驅(qū)動電路通過一同軸電纜相連。在傳輸電纜的一端，同軸電纜的屏蔽層接電纜的內(nèi)屏蔽層，同軸電纜的芯線接電纜的芯線；在驅(qū)動電路一端，同軸電纜的屏蔽層接運放op的同相輸入端，同軸電纜芯線接運放op的反向輸入端，同軸電纜繞成圈，作為變壓器的次級線圈，以傳輸激勵源產(chǎn)生的高頻交變電流，運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即解出被測量。

同軸電纜的芯線和屏蔽層兩端感應(yīng)的交變電壓分別為ui9和ui10，則有ui9＝ui10，且輸出電壓uo為

本發(fā)明的特點及有益效果是：

本發(fā)明通過在傳感器探頭兩端并聯(lián)高穩(wěn)定的電容，并用三同軸電纜進行傳輸，結(jié)合驅(qū)動電纜技術(shù)，可將電渦流傳感器帶寬提高到幾百千赫茲，并消除傳輸線纜的寄生電容影響，實現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性及遠距離測量。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所述高速電渦流傳感器探頭示意圖。其中1為探測線圈，2為高穩(wěn)定電容，3為三同軸電纜，a為電纜3的芯線，b為電纜3的內(nèi)屏蔽層，e為電纜3的外屏蔽層。

圖2為電纜驅(qū)動方案1。其中4為高頻激勵源，5為大地，6為驅(qū)動電路的參考點，即浮地。op為運算放大器，c1為電容，r1為電阻。

圖3為電纜驅(qū)動方案2。其中7為同軸電纜，m為7的芯線，n為7的屏蔽層，8為變壓器。

圖4為電纜驅(qū)動方案1的等效電路。其中l(wèi)為探測線圈1的等效電感，c為高穩(wěn)定電容2，cd1為三同軸電纜3的芯線a和內(nèi)屏蔽層b之間的電容，cd2為三同軸電纜3的內(nèi)屏蔽層b和外屏蔽層e之間的電容，cg為大地5和浮地6之間的電容。

圖5為電纜驅(qū)動方案2的等效電路。其中9為同軸電纜7的內(nèi)屏蔽層m兩端感應(yīng)的高頻交變電壓，10為同軸電纜7的外屏蔽層n兩端感應(yīng)的高頻交變電壓，cd3為同軸電纜7的芯線m與內(nèi)屏蔽層n之間的電容。

具體實施方式

本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域。具體的說，本發(fā)明涉及一種電渦流傳感器，在傳感器探頭線圈端并聯(lián)高穩(wěn)定諧振電容，并結(jié)合驅(qū)動電纜技術(shù)消除芯線和屏蔽層之間寄生電容的影響，可實現(xiàn)被測量的高速、準確及遠距離測量。

本發(fā)明提出一種電渦流傳感器設(shè)計，將諧振電容并聯(lián)在傳感器探頭端，使串聯(lián)電阻為零歐，以提高傳感器的頻率響應(yīng)；采用三同軸電纜進行傳輸，結(jié)合驅(qū)動電纜技術(shù)，消除傳輸線纜寄生電容的影響，以提高傳感器測量的精度和穩(wěn)定性，增加測量距離。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，在傳感器探頭兩端并聯(lián)高穩(wěn)定的電容，并用三同軸電纜進行傳輸，結(jié)合驅(qū)動電纜技術(shù)，實現(xiàn)寬帶寬、高精度高穩(wěn)定性及遠距離測量。圖1所示為傳感器探頭方案。線圈1中的高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場，并在被測金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電渦流；感應(yīng)電渦流又反過來作用于探測線圈1，導(dǎo)致其和高穩(wěn)定電容2組成的lc諧振電路特性阻抗發(fā)生變化，通過測量變化的阻抗即可求出被測量。探頭通過三同軸電纜3與信號處理電路連接，其中a為電纜3的芯線，b為電纜3的內(nèi)屏蔽層，e為電纜3的外屏蔽層。

圖2所示為電纜驅(qū)動方案1。三同軸電纜3的外屏蔽層e接大地5，由op、c1和r1組成的驅(qū)動電路浮地，6為其電路參考點。產(chǎn)生高頻交變電流的激勵源4連接大地5和驅(qū)動電路參考點6；三軸電纜3的芯線連接運算放大器op的反相輸入端；內(nèi)屏蔽層b連接op的同相輸入端。運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即可解出被測量。

圖3所示為驅(qū)動方案2，三同軸電纜3的外屏蔽層e和驅(qū)動電路共接大地5，且電纜3與驅(qū)動電路通過一同軸電纜7相連。在傳輸電纜3的一端，同軸電纜7的屏蔽層n接電纜3的內(nèi)屏蔽層b，同軸電纜7的芯線m接電纜3的芯線a；在驅(qū)動電路一端，7的屏蔽層n接運放op的同相輸入端，芯線m接op的反向輸入端。同軸電纜7繞成圈，作為變壓器8的次級線圈，以傳輸激勵源4產(chǎn)生的高頻交變電流。運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即可解出被測量。

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做詳細描述。

圖1所示為高速電渦流傳感器探頭。線圈1中的高頻交變電流產(chǎn)生交變磁場，并在被測金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電渦流；感應(yīng)電渦流又反過來作用于探測線圈1，導(dǎo)致其和高穩(wěn)定電容2組成的lc諧振電路特性阻抗發(fā)生變化，通過測量變化的阻抗即可求出被測量。探頭通過三同軸電纜3與信號處理電路連接。

圖2所示為電纜驅(qū)動方案1。三同軸電纜3的外屏蔽層e接大地5，由op、c1和r1組成的驅(qū)動電路浮地，6為其電路參考點。產(chǎn)生高頻交變電流的激勵源4連接大地5和驅(qū)動電路參考點6；三軸電纜3的芯線連接運算放大器op的反相輸入端；內(nèi)屏蔽層b連接op的同相輸入端。運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即可解出被測量。該驅(qū)動方案的等效電路如圖4所示。設(shè)激勵源4產(chǎn)生的交變電壓為ui，其頻率為ω，則輸出電壓為

其中j為虛數(shù)，且j²＝-1。由于與lc諧振串聯(lián)的電阻為0，電路的頻率響應(yīng)可達百千赫茲，且由(1)式可知，輸出電壓不受三同軸電纜3的寄生電容cd1、cd2及大地5與浮地6之間的電容cg的影響。運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即可解出被測量。

圖3所示為驅(qū)動方案2，三同軸電纜3的外屏蔽層e和驅(qū)動電路共接大地5，且電纜3與驅(qū)動電路通過一同軸電纜7相連。在傳輸電纜3的一端，同軸電纜7的屏蔽層n接電纜3的內(nèi)屏蔽層b，同軸電纜7的芯線m接電纜3的芯線a；在驅(qū)動電路一端，7的屏蔽層n接運放op的同相輸入端，芯線m接op的反向輸入端。同軸電纜7繞成圈，作為變壓器8的次級線圈，以傳輸激勵源4產(chǎn)生的高頻交變電流。設(shè)在同軸電纜7的芯線m和屏蔽層n兩端感應(yīng)的交變電壓9和10分別為ui9和ui10，則有ui9＝ui10，且輸出電壓uo為

由(2)式可知，輸出電壓不受同軸電纜3的寄生電容cd1、cd2及同軸電纜7的寄生電容cd3的影響。運放輸出電壓uo幅值或頻率反映被測量變化，通過后續(xù)處理電路即可解出被測量。