摘要：文章介绍了EPRO电涡流式位移传感器工作原理及检定方法，依据JJG 644—2003 《振动位移传感器检定规程》对试验数据进行处理分析。文章从静、动态特性两方面分析得到该传感器的静、动态灵敏度，并对静态特性下的输出电压及传感器位移建立回归模型进行回归分析，结果表明该传感器在静态检验下线性特性很好，静态灵敏度也符合规程；在动态灵敏度的分析中分析了动态参考灵敏度、幅值线性度、频率响应，其值均符合标准，表明被校传感器的线性特性很好。
关键词：电涡流式；灵敏度；回归分析；幅值线性度
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2017）05-0057-02
Abstract： This paper introduces the working principle and verification method of EPRO eddy current displacement sensor and analyzes the experimental data according to JJG 644-2003 vibration displacement sensor verification code. The static and dynamic sensitivity of the sensor is obtained from static and dynamic characteristics. In addition， the output voltage and the sensor displacement regression model are analyzed in this paper. The results show that the sensor is linear in static test and the static sensitivity conforms to the rules. In the dynamic sensitivity analysis， the dynamic reference sensitivity， amplitude linearity and frequency response are analyzed and their values are all in line. The results show that the linearity of the sensor is good.
Key words：eddy-current type；sensitivity；regression analysis；amplitude linearity
引言
电涡流传感器是一种性能优越的非接触测量传感器，这种传感器适用于对机械的振位移、转速等运行状态的直接在线监测[1-3]。在火力发电机组中，主辅机等旋转部件的运行状态、振动监测的可靠和准确是机组安全运行的保障。电涡流传感器的优越性能可以实现在火电机组中对这些旋转部件的位移、振动的直接在线监测[4]。
实际工程运用中工作人员定期对电涡流传感器进行校验可以知道其是否处于正常的工作状态，从而保障火电机组正常、安全运行。文章依据JJG644—2003《振动位移检定规程》对其进行校验，并对校验结果进行计算分析[5]。
1 电涡流传感器的基本原理及检定系统
1.1 电涡流传感器的基本原理
根据法拉第电磁感应原理，金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁感线运动时，导体内产生呈涡旋状的感应电流，即为电涡流[6]。根据电涡流效应制成的传感器为电涡流式传感器。当传感器探头与被测金属之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q 值发生变化，Q 值的变化引起振荡电压幅度的变化，振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大处理后再输出，与探头的位移值建立起了线性变换关系[7]。
本文对动态灵敏度的校验采用比较法，将加速度传感器作为标准传感器，标准加速度计灵敏度是已知的，通过测得标准加速度计和被检传感器的输出电压，根据检定规程计算即可得到被检传感器的灵敏度[5]。
1.2检定系统的组成
电涡流传感器广泛应用于电力行业，对汽轮机、水轮机等大型旋转机械轴的轴向位移、偏心等进行在线测量。由于电涡流传感器起到重要的安全监控作用，对其输出特性进行准确和可靠的检测显得尤其重要[8]。
位移传感器静态检定系统主要由电涡流传感器和供电校验仪组成，其中供电校验仪的主要部件有铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源和数显直流电压表。
位移传感器动态检定系统主要由电涡流传感器、振动台、标准加速度计、电荷放大器、功率放大器、分析仪等组成，如图1所示。标准加速度计、金属圆盘刚性安装在振动台上，被检传感器通过夹具固定在金属圆盘上方，但不与其接触，留有一定的间隙。传感器夹具与振动台基座刚性连接。当振动台产生振动，即金属圆盘产生一个位移量，根据电涡流效应，被检传感器会输出一个正比于振动位移的电压信号，该电压与振动位移的比值即为传感器的动态灵敏度。信号分析仪内部通过运算完成加速度和位移信号的转换，通过比较法的计算公式最终得到位移传感器的动态灵敏度值。
2 传感器基本特性检定分析
传感器的基本特性是指传感器的输出与输入之间的关系，分为静态特性和动态特性。当传感器的输人量为稳定状态的信号或变化极其缓慢的信号时，可用静态参数来描述和表征传感器的静态特性。理想的传感器应该具有单值的、确定的输出-输入关系，其输出电量无论是在静态量或动态量输入时，都应当不失真地体现输入量的变化。
2.1 静态灵敏度的检定
测量时传感器处于稳定状态，此时输出量和输入量之间的关系称为静态特性。对传感器静态特性的基本要求是，输出相对于输入应保持确定的对应关系。灵敏度传感器的灵敏度是指在穩定工作状态下输出变化量与输入变化量的比值，即例如，某位移传感器，当位移变化1mm时，输出电压变化200mV，则其灵敏度为200mV/mm。对于线性传感器，其灵敏度就是它的校准曲线的斜率，为一常数。
测量要求：改变电涡流传感器位移以每10%量程为1 个测量点，在整个测量范围内，包括上、下限值共测量9个点，顺序在各个测量点测量传感器的输出值电压U 和传感器的移动距离L。图2为测得的数据曲线图，图中可以看到输出的电压基本呈现一条直线趋势，只是在第一个点处稍微有点偏差，为了更进一步说明传感器在静态检定下的线性，建立回归方程进行分析说明。
根据（1）、（2）、（3）式对所测得的数据进行处理，处理的结果如图1所示。从图1中可以看到输出电压大部分数值均匀的分布在回归曲线上及周围，线性特征很好。从图1回归方程中还可以看到静态灵敏度的检定过程中传感器的静态灵敏度 为7.5727， 截距 为-1.3169。
传感器幅值线性度的检定与静态灵敏度检定同时进行，首先计算出传感器的相应输出值与传感器输出信号回归值的最大差值 ，则幅值线性度偏差 的表达式为：
按照公式（4）对所测得数据进行计算得到幅值线性度偏差 为1.1%<2%，符合规程JJG 644—2003中电涡流式振动位移传感器的计量性能要求，也反应了该传感器的线性比较好。
2.2 动态灵敏度的检定
测量时当传感器的输入量是周期信号、瞬变信号或随机信号（常称为动态信号）时，可用动态参数来描述和表征传感器的动态特性。非线性传感器的灵敏度为一变量，其灵敏度可表示为S=dY/dX，也可用某一小区域内的拟合直线的斜率表示。通常希望传感器的灵敏度高，在满量程内是恒定的，即传感器的输入输出特性为直线。
动态指标的校准项目主要有动态参考灵敏度，幅值线性度，频率响应。其中被校传感器的动态参考灵敏度为被检传感器的输出值与振动台的位移值之比，其计算公式如下式所示：
式中： 为位移传感器的动态参考灵敏度；U为参考点处传感器的输出值；D为参考点处的振动位移值。根据式（5）对所测得的数据计算得到被校传感器参考动态灵敏度为7.3，符合标准。
频率响应，是指将一个以幅度恒定频率信号加载到传感器时，传感器输出随频率的变化而发生增大或衰减、相位随频率而发生变化的现象。EPRO传感器的频率响应检定是利用各测量点传感器的动态位移灵敏度与动态参考灵敏度的相对偏差，其数学表达式如下式所示：
式中： 为第 个频率点的动态灵敏度与动态参考灵敏度的相对偏差； 为第 个位移点的动态位移灵敏度； 为参考动态灵敏度。表1为被校传感器频率响应偏差监测结果，从表中可以看到各个测点的频率响应偏差较小，符合JJG 644—2003标准。
式中： 为第 个位移点的动态灵敏度与参考动态灵敏度的相对偏差； 为第 个位移点的动态位移灵敏度； 为参考动态灵敏度。参照JJG 644—2003标准，表2中所有测点下的幅值线性度偏差均介于±10%之间，该传感器在动态特性下的线性比较好。
3 结束语
本文利用已有的静态和动态振动校准装置，开展电涡流振动位移传感器静/动态特性的校准方法。文章介绍了电涡流传感器的原理并对整个测量过程及测量装置进行了详细的介绍。测量通过对EPRO电涡流位移传感器静/动态特性的评定，全面完善的掌握电涡流振动位移传感器的综合性能。通过以上分析和论述可知，该电涡流式传感器静/动态灵敏度、幅值线性度、动态频率响应均符合JJG 644—2003 《振动位移传感器检定规程》，为实际电力行业工程运用中计量检测工作提供了一定的参考价值，保证了电力行业中振动量值的可靠、准确。
参考文献：
[1]樊树江， 李璐， 吴峻， 等. 新型电涡流传感器的动态响应分析[J]. 传感器技术， 2004， 23（3）： 21-24.
[2]单成祥， 牛彦文， 张春. 传感器原理与运用[M]. 北京： 国防工业出版社， 2006.
[3]谭进， 戴連平. 电涡流传感器在使用中应注意的问题[J]. 化工进展， 2003， 22（8）： 902-903.
[4]赵林峰. 调整涡流传感器量程的方法及安装对测量精度的影响[J]. 电力安全技术， 2000， 2（4）.
[5]韦宣， 瞿丽莉， 赵婷婷， 等.电涡流式位移传感器动态灵敏度测量不确定度评定[J]. 测量不确定度， 2016， 26（3）： 56-59.
[6]黎东升， 于光普， 尤传富. 提高电涡流传感器灵敏度的方法[J]. 长春工业大学学报， 2012， 33（1）： 69-72.
[7]张勇， 梁平. 电涡流传感器输出特性自动检测系统[J]. 上海计量测试， 2010， 2（216）： 19-21.
[8]刘敏， 孙长生. 电涡流式振动位移传感器应用和运行分析[J]. 浙江电力， 2009， （2）： 52-54.
推荐访问： 涡流 分析研究 校验 位移传感器 动态XX委高度重视党校的建设和发展，出台《创建全省一流州市党校（行政学院）实施方案》及系列人才培养政策，为党校人才队伍建设提供了有力的政策支撑。州委党校在省委党校的悉心指导下、州委的正确领导下，深入贯彻落
为推动“不忘初心、牢记使命”主题教育常态化，树牢“清新简约、务本责实、实干兴洛”作风导向，打造忠诚干净担当、敢于善于斗争的执纪执法铁军，经县纪委常委会会议研究，决定在全县纪检监察系统开展“转变作风工作
为进一步发展壮大农村集体经济，增强村级发展活力，按照中共XXX市委抓党建促乡村振兴工作领导小组《关于印发全面抓党建促乡村振兴四个工作计划的通知》要求，工作队与村“两委”结合本村实际，共同研究谋划xx村
今年来，我区围绕“产城融合美丽XX”总体目标，按照“城在林中，水在城中，山水相连，林水相依”以及“城乡一体、景城一体、园城一体”的建设思路，强力推进城市基础设施建设、棚户区改造、房地产开发和城市风貌塑
同志们：新冠疫情发生至今已有近三年时间。三年来，在广大干群的共同努力下，我们坚决打好疫情防控阻击战，集团公司范围内未发生一起确诊病例，疫情防控工作取得了阶段性胜利。当前国际疫情仍在扩散蔓延，国内疫情多
我是毕业于XX大学的定向选调生，当初怀着奉献家乡、服务人民的初心回到XX，在市委的关心关爱下，获得了这个与青年为友的宝贵历练机会。一年感悟如下。一要对党忠诚，做政治坚定的擎旗手。习近平总书记指出，优秀
同志们：今天召开这个会议，主要任务是深入学习贯彻习近平总书记重要指示批示精神，以及李克强总理批示要求，认真落实全国安全生产电视电话会议和全省、全市安全生产电视电话会议精神，研究我县安全生产和安全隐患大
2022年市委政研室机关党的建设工作的总体要求是：坚持以XXX新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的XX届X中X会和省、市第十二次党代会精神，自觉运用党的百年奋斗历史经验，弘扬伟大建党精神，深
同志们：今天，我们在这里召开市直机关基层党建示范点工作会议，一方面是对各示范点单位进行表彰授牌，另一方面是想通过这种会议交流的方式，给大家提供一个相互学习、取长补短的平台和机会。市直工委历来把创建基层
新冠疫情暴发以来，学校党委坚决贯彻习近平总书记关于疫情防控工作的指示要求和党中央的决策部署，严格执行×××部、×××厅关于疫情防控的系列要求，认真落实驻地防疫部门的工作举措，继承发扬优良传统，以最高标