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高溫電渦流位移傳感器分析與設(shè)計(jì)，碩士學(xué)位論文，共104頁(yè)。
摘 要
本文從分析電渦流位移檢測(cè)技術(shù)入手,將設(shè)計(jì)的常溫電渦流位移傳感器進(jìn)行了一系列的在硬件與信號(hào)處理方法上的改進(jìn),最終得到了能夠工作在常溫至500°C高溫環(huán)境內(nèi)的高溫電渦流位移傳感器。
首先,介紹了課題的相關(guān)背景以及電渦流檢測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀,對(duì)抑制溫漂的方法進(jìn)行了匯總。此外,對(duì)于電感式位移傳感器與電容式位移傳感器進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。
第二,針對(duì)探頭線(xiàn)圈與被測(cè)材料間的電磁耦合系統(tǒng),建立一個(gè)能夠定量計(jì)算探頭線(xiàn)圈輸出阻抗的變壓器模型。利用該計(jì)算模型,能夠方便的得到在給定參數(shù)下的探頭線(xiàn)圈輸出阻抗值以及分析各個(gè)變量對(duì)于輸出阻抗的影響。
第三,分析并設(shè)計(jì)一款能夠工作在常溫環(huán)境中的電渦流位移傳感器。采用恒頻調(diào)幅電路作為信號(hào)處理電路的基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)在靜態(tài)校準(zhǔn)平臺(tái)上測(cè)量其輸出特性,優(yōu)化傳感器參數(shù),最終達(dá)到比較理想的測(cè)量范圍、靈敏度與線(xiàn)性度。
第四,對(duì)將電渦流檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用至高溫環(huán)境中可能出現(xiàn)的問(wèn)題以及需要做出的改進(jìn)進(jìn)行了分析并提出了初步的方案,為下面的具體設(shè)計(jì)工作做了準(zhǔn)備。分析了依靠探頭線(xiàn)圈的二維輸出阻抗準(zhǔn)確分離出位移與溫度信息的可能性,為基于輸出阻抗分析的電渦流檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于高溫環(huán)境下的可行性提供了理論依據(jù)。
第五,設(shè)計(jì)一款能夠工作于常溫至500°C高溫環(huán)境中的電渦流位移傳感器。通過(guò)對(duì)探頭材料進(jìn)行改進(jìn)以及增加溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié),使得傳感器能夠適應(yīng)高溫環(huán)境并且抑制輸出溫漂。在溫控高溫環(huán)境下,對(duì)傳感器的輸出特性進(jìn)行測(cè)量,驗(yàn)證了溫度補(bǔ)償方法的有效性。
最后,簡(jiǎn)單介紹了基于交直流耦合的溫漂抑制方案,并對(duì)該方法的優(yōu)劣進(jìn)行了說(shuō)明。
關(guān)鍵字:電磁耦合仿真模型,恒頻調(diào)幅電路,溫控環(huán)境,溫度補(bǔ)償
1.緒論
1.1課題背景及意義
在20世紀(jì)末,美國(guó)與歐洲先后制定了 IHTPET與AMBIT計(jì)劃,其主要目的之一是實(shí)現(xiàn)以磁懸浮軸承為支撐的多電航空發(fā)電機(jī)⑴。國(guó)際上己經(jīng)將高溫磁懸浮軸承技術(shù)列為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。采用磁懸浮軸承及其電氣化傳動(dòng)技術(shù),可以減輕發(fā)動(dòng)機(jī)約15%的重量,提高軸承的工作溫度至50(rC-600°C,提高軸承的Dn值與發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。
經(jīng)過(guò)接近20年時(shí)間的發(fā)展,西方各發(fā)達(dá)國(guó)家先后對(duì)高溫磁懸浮軸承系統(tǒng)投入了大量的人力物力進(jìn)行研宄開(kāi)發(fā)。1994年美國(guó)率先將磁懸浮軸承應(yīng)用在XTC-65發(fā)動(dòng)機(jī)上并且連續(xù)運(yùn)行100小時(shí)以上。此后高溫磁懸浮系統(tǒng)的研宄領(lǐng)域取得了突破性的進(jìn)展,先后發(fā)表了大量的研宄論文與科技成果。美國(guó)的德雷博實(shí)驗(yàn)室[2,3]、Synchrony公司[4,5]、GE-NASALewis研宄中心[6’7]、Avcon公司[8]、日本的Ebara公司[9]、瑞士 ETH大學(xué)_等分別在磁懸浮系統(tǒng)的 發(fā)研制上取得了一定的進(jìn)展。
高溫位移傳感器技術(shù)是高溫磁懸浮軸承系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。目前市場(chǎng)上所提供的位移傳感器產(chǎn)品,一般只能在200°C以下的溫度范圍內(nèi)工作,無(wú)法滿(mǎn)足高溫系統(tǒng)的環(huán)境要求。如果配以相應(yīng)的冷卻系統(tǒng),則無(wú)法充分發(fā)揮磁懸浮軸承系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。因此研發(fā)能夠滿(mǎn)足高溫工作環(huán)境的位移傳感器便成為高溫磁軸承系統(tǒng)的核心課題之一。
高溫位移傳感器在研發(fā)過(guò)程中的主要困難在于:(1)大溫度范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償技術(shù),即環(huán)境溫度的劇烈波動(dòng)造成探頭線(xiàn)圈輸出阻抗的參數(shù)發(fā)生較大變化,進(jìn)而影響傳感器的輸出特性發(fā)生較大變化;⑵生產(chǎn)工藝,即如何將極細(xì)的探頭線(xiàn) (通常繞線(xiàn)直徑接近O.lmm)進(jìn)行纏繞與輝接,并且使其在50(rC的高溫下依然保持可靠運(yùn)行。本文的工作是針對(duì)高溫磁懸浮軸承系統(tǒng)所需要的高溫位移傳感器,尤其是基于電禍流檢測(cè)技術(shù)的高溫電禍流位移傳感器,進(jìn)行了相應(yīng)的分析與設(shè)計(jì)。
1.2常用位移傳感器
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