专利名称：一种新型电涡流传感器测厚仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及金属材料厚度无损测量装置，尤其涉及一种新型电涡流传感器测厚仪。
背景技术：
无损检测以其不损害或基本不伤害被检验对象的使用性能为前提，应用多种物理原理和化学现象，对材料进行检验和测试，近来随着现代物理学、材料科学、微电子学和计算机技术的发展，无损检测技术在金属材料厚度测量领域获得迅速发展。目前，国内外市场上用于金属材料厚度的测量有着多种无损检测装置，然而，这些测量装置都有其一定的缺陷。1、基于射线法测量射线法有X射线法、Y射线法、电子射线法等，但都需要放射源，现场使用中存在辐射性物质，必须对检测人员进行防护，使用不方便；2、基于声和超声法测量声和超声法有声振动法、超声波脉冲反射法等，从测量精度来说，可以满足生产中的需要，但是该方法需要耦合剂，易造成环境污染，而且由于空气的声阻很大，超声波很难通过固气、气固界面，很难对多层结构中空气层的厚度单侧非接触式测量，另外，超声波不能检测过小的厚度尺寸；3、基于电涡流传感器法测量电涡流传感器以其特殊的测试原理，因而对油污、 尘埃、湿度、干扰磁场等不敏感，同时又由于其具有长期工作可靠性好，灵敏度高，响应速度快，抗干扰能力强等优点特别适合复杂工作环境下金属材料厚度的无损测量。然而，电涡流传感器特性总是会受到温度的影响而发生变化，常导致测量值不断变化，不易调整。传统的电涡流传感器测量装置中没有有效的考虑温度对其特性的影响，不能很好的抑制温漂，也没有对其进行温度补偿和修正，因此，严重影响了测量的可靠性和有效性。同时测量装置结构单一，不能针对不同材质、不同厚度范围的材料进行分类有针对性的高精度测量，使得测量精度不高。

实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服现有的金属材料厚度无损测量装置中测量不安全、不环保，易受外界复杂因素影响及测量范围有限等不足而提供一种能有效的抑制温漂， 温度稳定性好，可实现材料分类变频测量，使用简易，智能化、自动化水平高的新型电涡流传感器测厚仪。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种新型电涡流传感器测厚仪，包括传感变换电路部分、按键显示电路部分、电源电路部分和MCU电路部分，所述MCU电路部分和传感变换电路部分、按键显示电路部分和电源电路部分分别相连。所述传感变换部分包括温度采样变换电路和低频透射式涡流传感器电路。作为优选，所述温度采样变换电路包括依次相连的温度传感器电路、放大调理电路和模数转换电路。[0009]作为优选，所述低频透射式涡流传感器电路包括分别位于被测金属材料上下两面的发射模块和接收模块。作为优选，所述发射模块包括依次相连的DDS信号源电路和增益调整电路、幅度放大电路、功率放大电路和发射线圈，所述接收模块包括依次相连的接收线圈、仪表放电电路、均方根电路和模数转换电路。作为优选，所述温度传感器采用红外温度测量仪；所述放大调理电路采用TL082 构成的同相比例运算放大电路；所述模数转换电路采用ADS1110自校准模/数转换器。作为优选，所述发射线圈和接收线圈均采用多匝圆形线圈；所述DDS信号源采用低功耗可编程波形发生器AD9833 ；所述增益调整电路采用低漂移数字电位器MAXM02 ；所述幅度放大电路采用TL082分别构成的同相和反相比例运算电路；所述功率放大电路采用 TIP122和TIP127构成的互补功率放大电路；所述仪表放大器电路采用仪表放大器AD620 ； 所述均方根电路采用真有效值直流转换器AD637 ；所述模数转换电路采用ADS1110自校准模/数转换器。作为优选，所述按键显示电路部分采用独立式按键和IXD液晶显示。作为优选，所述电源电路部分采用集成稳压电源7805、7812和7912。作为优选，所述MCU电路部分采用宏晶科技公司的STC单片机。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于1、本实用新型对所有待测金属材料进行温度特性记忆测量，利于进行传感器灵敏度的温度补偿修正和传感器输出零点的温度漂移补偿，降低温度对测量结果的影响。2、本实用新型为了保证同一传感器测量不同材料、不同厚度的线性度和灵敏度一致，可采用变激励频率的方法来达到。3、本实用新型在对传感器的温漂补偿的基础上对激励信号进行稳幅，把由于激励信号幅值引起的传感器温漂控制在10_4。4、本实用新型采用最佳的导线线径可以最大限度地减小交流阻抗，同时进行多股并绕，还设计在传感器灵敏度和线性测量范围条件允许下，适当增加传感器工作和谐振点距离，从而减小等效损耗电阻对传感器测量精度的影响。5、本实用新型采用AD620仪表放大器，有较高的共模抑制比，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，且精确度高、使用简易、噪声低。6、本实用新型抗干扰能力强，线性度好，响应速度快，具有较高的灵敏度，较宽的动态响应范围和可靠的工作寿命。

图1为本实用新型新型电涡流传感器测厚仪结构框图；图2为本实用新型低频透射式涡流传感器的工作原理图；图3为本实用新型低频透射式涡流传感器工作时感应电势与材料厚度的关系曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。[0027]实施例如图1所示的一种新型电涡流传感器测厚仪，包括传感变换电路部分、按键显示电路部分、电源电路部分和MCU电路部分，其特征在于所述MCU电路部分和传感变换电路部分、按键显示电路部分和电源电路部分分别相连。所述传感变换部分包括温度采样变换电路和低频透射式涡流传感器电路，所述温度采样变换电路包括依次相连的温度传感器电路、放大调理电路和模数转换电路，所述低频透射式涡流传感器电路包括分别位于被测金属材料上下两面的发射模块和接收模块，所述发射模块包括依次相连的DDS信号源电路和增益调整电路、幅度放大电路、功率放大电路和发射线圈，所述接收模块包括依次相连的接收线圈、仪表放电电路、均方根电路和模数转换电路。在本实施例中，所述低频透射式涡流传感器的工作原理图如图2所示，发射线圈 Wl和接收线圈W2分别置于被测材料G的上、下方。低频(音频范围)电压4加到线圈Wl 的两端后，在周围空间产生一交变磁场，并在被测材料G中产生涡流i，此涡流损耗了部分能量，使贯穿W2的磁力线减少，从而使W2产生的感应电势％减小。如图3所示，e2的大小与G的厚度及材料性质有关，实验与理论证明，e2随材料厚度h增加按负指数规律减小。因而按％的变化便可测量材料的厚度。在本实施例中，所述系统可先对待测金属进行厚度粗略测量，当待测物厚度超过 10毫米时，降低频率f激励，如测不修钢材料，选择6KHz，提高其分辨力；当测量薄板时，则提高频率f激励，如测不修钢材料，选择12KHz，提高其分辨力，但此时的响应曲线随厚度的减小而非线性变大。在本实施例中，所述系统针对不同材质的金属材料，可对其激励频率进行改变，例如测量铜材时采用500Hz，测量铝材时采用2KHz，测量不锈钢时采用IOKHz这样可以使得传感器的线性度和灵敏度基本上能保持在标定状态下工作。在本实施例中，所述温度采样变换模块用来对所有待测金属材料进行温度补偿， 降低不同材质时温度对厚度影响的不一致特性，实施中，选择某材质的标准板加热至最高度，测量温度与厚度变换的数据，将测量所得传输给单片机进行记忆存储，以利于进行传感器灵敏度的温度补偿修正和传感器输出零点的温度漂移补偿，降低温度对测量结果的影响。其通过采用红外温度测量仪测量待测物体温度，所测信号经由TL082构成的同相比例运算放大电路放大后送入ADSl 100自校准模/数转换器进行模数转换后送入单片机进行存储记忆。在本实施例中，所述发射模块是首先通过单片机控制的低功耗可编程波形发生器AD9833产生激励信号，经由同样由单片机控制的低漂移数字电位器MAXM02对信号进行稳幅调节，再将此信号送入由TL082分别构成的同相和反相比例运算电路进行幅度放大后，送入由TIP122和TIP127构成的互补功率放大电路放大输出来激励发射线圈。其中， ANALOG公司生产的AD9833的FSYNC、SCLK, SDATA三个引脚与单片机相连，MAXIAM公司生产的MAXM02的CS、DIN、SCLK三个引脚与单片机相连，单片机可控制AD9833信号源产生不同频率的激励信号，也可控制将激励信号的幅值稳定在在10_4，因此可以把由于激励信号幅值引起的传感器温漂控制在10_4。在本实施例中，所述接收模块是接收线圈将接收到的微弱信号送入仪表放大器 AD620进行信号放大后，再将信号送入采用真有效值直流转换器AD637构成的均方根电路对信号进行整流和滤波，最后将所得信号送入自校准模/数转换器ADSl 110进行模数转换后送入单片机进行存储显示。其中，AD620仪表放大器核心为三级运放电路，有较高的共模抑制比和平衡输入阻抗，温度稳定性好，放大频带宽，噪声系数小，且精确度高、使用简易、 噪声低。在本实施例中，所述按键显示电路部分采用独立式按键和LCD液晶显示，所述电源电路部分采用集成稳压电源7805提供系统工作的5V电源，所述MCU电路部分采用宏晶科技公司的低功耗增强型51单片机STC11F16对系统进行中央处理控制。在本实施例中，采用对待测金属材料进行温度特性记忆测量、对激励频率进行选择变换、对激励信号进行稳幅、减小等效损耗电阻对传感器的影响等措施，有效地对传感器灵敏度的温度进行补偿修正，同时抑制了传感器的温漂，实现了金属材料厚度的精确测量， 提高了仪器的智能化、自动化水平。由以上的实施例可以看出，本实施例系统结构简单，使用方便，抗干扰能力强，线性度好，响应速度快，完全可以满足厚度测量的需要。上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种新型电涡流传感器测厚仪，包括MCU电路部分，所述MCU电路部分和传感变换电路部分、按键显示电路部分、电源电路部分分别相连，其特征在于所述传感变换部分包括温度采样变换电路和低频透射式涡流传感器电路。
2.如权利要求1所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述温度采样变换电路包括依次相连的温度传感器电路、放大调理电路和模数转换电路。
3.如权利要求2所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述低频透射式涡流传感器电路包括分别位于被测金属材料上下两面的发射模块和接收模块。
4.如权利要求3所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述发射模块包括依次相连的DDS信号源电路和增益调整电路、幅度放大电路、功率放大电路和发射线圈，所述接收模块包括依次相连的接收线圈、仪表放大器电路、均方根电路和模数转换电路。
5.如权利要求4所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述温度传感器采用红外温度测量仪；所述放大调理电路采用TL082构成的同相比例运算放大电路；所述模数转换电路采用ADS1110自校准模/数转换器。
6.如权利要求4所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述发射线圈和接收线圈均采用多匝圆形线圈；所述DDS信号源采用低功耗可编程波形发生器AD9833 ；所述增益调整电路采用低漂移数字电位器MAXM02 ；所述幅度放大电路采用TL082分别构成的同相和反相比例运算电路；所述功率放大电路采用TIP122和TIP127构成的互补功率放大电路；所述仪表放大器电路采用仪表放大器AD620 ；所述均方根电路采用真有效值直流转换器AD637 ；所述模数转换电路采用ADSl 110自校准模/数转换器。
7.如权利要求1至6中任一项所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述按键显示电路部分采用独立式按键和IXD液晶显示。
8.如权利要求1至6中任一项所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述电源电路部分采用集成稳压电源7805、7812和7912。
9.如权利要求1至6中任一项所述的新型电涡流传感器测厚仪，其特征在于所述MCU 电路部分采用宏晶科技公司的STC单片机。
专利摘要本实用新型涉及新型电涡流传感器测厚仪，包括MCU电路部分，其与传感变换电路、按键显示电路以及电源电路部分分别相连，传感变换部分包括温度采样变换电路和低频透射式涡流传感器电路。优选，所述温度采样变换电路包括依次相连的温度传感器电路、放大调理电路和模数转换电路。进一步优选，所述低频透射式涡流传感器电路包括分别位于被测金属材料上下两面的发射模块和接收模块。与现有技术相比，本实用新型能有效的抑制温漂，温度稳定性好，可实现材料分类变频测量，使用简易，智能化、自动化水平高。
文档编号G01B7/06GK202074942SQ20112018489
公开日2011年12月14日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者何思雨, 凌云志, 孙刚, 张乔, 王俊杰, 王军, 王冠凌, 顾劭傑 申请人:安徽工程大学