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高温电涡流位移传感器分析与设计，硕士学位论文，共104页。
摘 要
本文从分析电涡流位移检测技术入手,将设计的常温电涡流位移传感器进行了一系列的在硬件与信号处理方法上的改进,最终得到了能够工作在常温至500°C高温环境内的高温电涡流位移传感器。
首先,介绍了课题的相关背景以及电涡流检测技术在国内外发展的现状,对抑制温漂的方法进行了汇总。此外,对于电感式位移传感器与电容式位移传感器进行了简单的总结。
第二,针对探头线圈与被测材料间的电磁耦合系统,建立一个能够定量计算探头线圈输出阻抗的变压器模型。利用该计算模型,能够方便的得到在给定参数下的探头线圈输出阻抗值以及分析各个变量对于输出阻抗的影响。
第三,分析并设计一款能够工作在常温环境中的电涡流位移传感器。采用恒频调幅电路作为信号处理电路的基本结构。通过在静态校准平台上测量其输出特性,优化传感器参数,最终达到比较理想的测量范围、灵敏度与线性度。
第四,对将电涡流检测技术应用至高温环境中可能出现的问题以及需要做出的改进进行了分析并提出了初步的方案,为下面的具体设计工作做了准备。分析了依靠探头线圈的二维输出阻抗准确分离出位移与温度信息的可能性,为基于输出阻抗分析的电涡流检测技术应用于高温环境下的可行性提供了理论依据。
第五,设计一款能够工作于常温至500°C高温环境中的电涡流位移传感器。通过对探头材料进行改进以及增加温度补偿环节,使得传感器能够适应高温环境并且抑制输出温漂。在温控高温环境下,对传感器的输出特性进行测量,验证了温度补偿方法的有效性。
最后,简单介绍了基于交直流耦合的温漂抑制方案,并对该方法的优劣进行了说明。
关键字:电磁耦合仿真模型,恒频调幅电路,温控环境,温度补偿

1.绪论
1.1课题背景及意义
在20世纪末,美国与欧洲先后制定了 IHTPET与AMBIT计划,其主要目的之一是实现以磁悬浮轴承为支撑的多电航空发电机⑴。国际上己经将高温磁悬浮轴承技术列为先进航空发动机的关键技术之一。采用磁悬浮轴承及其电气化传动技术,可以减轻发动机约15%的重量,提高轴承的工作温度至50(rC-600°C,提高轴承的Dn值与发动机的安全性。
经过接近20年时间的发展,西方各发达国家先后对高温磁悬浮轴承系统投入了大量的人力物力进行研宄开发。1994年美国率先将磁悬浮轴承应用在XTC-65发动机上并且连续运行100小时以上。此后高温磁悬浮系统的研宄领域取得了突破性的进展,先后发表了大量的研宄论文与科技成果。美国的德雷博实验室[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大学_等分别在磁悬浮系统的 发研制上取得了一定的进展。
高温位移传感器技术是高温磁悬浮轴承系统的核心技术之一。目前市场上所提供的位移传感器产品,一般只能在200°C以下的温度范围内工作,无法满足高温系统的环境要求。如果配以相应的冷却系统,则无法充分发挥磁悬浮轴承系统的优势。因此研发能够满足高温工作环境的位移传感器便成为高温磁轴承系统的核心课题之一。
高温位移传感器在研发过程中的主要困难在于:(1)大温度范围内的温度补偿技术,即环境温度的剧烈波动造成探头线圈输出阻抗的参数发生较大变化,进而影响传感器的输出特性发生较大变化;⑵生产工艺,即如何将极细的探头线 (通常绕线直径接近O.lmm)进行缠绕与辉接,并且使其在50(rC的高温下依然保持可靠运行。本文的工作是针对高温磁悬浮轴承系统所需要的高温位移传感器,尤其是基于电祸流检测技术的高温电祸流位移传感器,进行了相应的分析与设计。
1.2常用位移传感器
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