新型电涡流传感器开发

摘要

涡流无损检测技术以其无接触式测量、高灵敏度、便携式和低损耗等特点，在航空航天、新能源、轨道交通等不同工程领域得到日益广泛应用。但根据涡流检测机理，被测对象的电磁特性（电导率和磁导率）会强烈影响电涡流在被测对象表面的分布，被测对象的不同会得到不同的测量结果，从而削弱了可测量多种被测材料的互换性。这一缺陷导致了传统涡流传感器只能针对同种材料进行测试。
　　本文针对传统涡流位移传感器存在的这一缺陷展开研究。以铝、铜、2169＃钢、1Cr18Ni9Ti、45＃钢和A3钢六种金属材料作为被测对象，在新型电涡流传感器基础理论研究上，结合单片机技术开发出一种消除被测对象电磁特性影响，实现材料互换性的新型电涡流传感器检测系统。具体研究内容如下：
　　1.新型电涡流传感器总体方案设计
　　对电涡流传感器的工作原理和消除电涡流传感器对被测材料的敏感性理论进行分析论证，提出新型电涡流传感器检测系统的总体设计方案，将功能电路分为：信号发生模块、放大滤波模块、线圈响应信号分离模块、幅值相位提取模块、信号采集模块、数据处理模块和输出显示模块七大模块，以模块化的思想进行设计。
　　2.硬件模块电路设计与仿真
　　硬件电路设计主要由硬件模块（信号发生模块、线圈响应信号分离模块、幅值相位提取模块和显示模块）和外围电路（电源电路、滤波电路、衰减电路等）组成。采用Protel DXP2004软件对电路原理图进行设计，并用Multisim2001软件对电路进行仿真以测试其电路设计的性能。
　　3.单片机程序模块的设计
　　以TI公司的MSP430F169单片机为控制核心，通过调用片内模块实现信号发生激励源、信号采集模块和控制显示模块的程序设计。利用最小二乘法原理建立实现新型检测系统的位移检测拟合模型和非线性校正算法程序。
　　4.电涡流传感器电路的实验
　　搭建实验平台，对实验中提供的六种金属材料进行测试，分析并处理实验结果，实验结果表明：新型电涡流传感器在0.3mm~2mm测量范围下测量的相对误差误在5.4％范围内。最后得到新型电涡流传感器检测系统的技术指标。

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第一章 绪论

1.1 国内外电涡流检测技术的发展现状

1.2 国内外电涡流检测技术的发展趋势

1.3 论文的研究目的及意义

1.4 论文研究的内容和结构安排

第二章 新型电涡流传感器理论基础与总体方案设计

2.1 电涡流传感器工作原理

2.2 电涡流传感器等效电路与线圈阻抗分析

2.4 新型电涡流传感器基础理论

2.5 新型电涡流传感器设计总体方案

2.6 新型电涡流传感器设计方案选择

2.7 本章小结

第三章 新型电涡流传感器硬件电路设计

3.1 传统电涡流传感器信号变换电路设计技术回顾

3.2 新型电涡流传感器硬件电路设计

3.3 本章小结

第四章 新型电涡流传感器软件程序设计

4.1 单片机片内模块调用程序设计

4.2 线圈阻抗实部与虚部计算程序设计

4.3 新型电涡流传感器程序信号变换的程序设计

4.4 非线性校正程序设计

4.5 本章小结

第五章 实验平台搭建与实验结果分析

5.1 电路系统的设计与制作

5.2 电路系统的调试

5.3 新型电涡流传感器电路功能测试平台搭建

5.4 测试与结果分析

5.5 新型电涡流传感器技术指标

5.6 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 展望与今后研究方向

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果