基于Labview软件的涡流测厚系统研制

　　现代计算机技术和信息技术的迅猛发展,引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。笔者把涡流传感器测量技术和计算机技术相结合,通过数据采集卡(DAQ)实现对数据的实时监控和采集,并用Labview软件对采集的数据进行曲线拟合和数字滤波等处理,从而实现涡流测厚^[1]。

　　1　涡流测厚原理

　　由电磁场理论可知,金属块置于变化的磁场中,导体内就要产生闭合的感应电流,称为电涡流。电涡流传感器就是利用电涡流效应进行工作的。而金属导 体的电阻率ρ、磁导率μ、线圈到被测导体的间距x以及激励电流的大小I1、角频率ω以及线圈半径r等参数,都将通过涡流效应和磁效应与线圈阻抗Z发生联 系。若在上述参数中仅改变距离x,其余保持不变,这时电涡流传感器就成为一个位移传感器,从而可测量厚度。涡流测厚不仅具有快速、准确和非接触等优点,而 且除了用于测量板材、管材等单层厚度外,还可用来测量涂层和多层复合材料分层的厚度。

　　探头设计为表面探头,选用磁性铁氧体作磁心,以增加小线圈的电感、提高测量灵敏度且减小和工件接触的表面积,防止探头磨损。探头的电感是阻抗的主要部分,线圈自感系数的计算在数学上比较复杂,佩利提出的经验公式为^[2]

　　式中　L———线圈自感

　　N———线圈匝数

　　D———线圈平均直径

　　K^₁=B/D

　　K^₂=C/D

　　B———线圈宽度

　　C———线圈径向厚度

　　对一个外径6 mm,内径4 mm,宽度4 mm,厚度4 mm,350匝的扁平线圈,由式(1)计算得L=0.134 mH,实测为0.14 mH,电阻R=2Ω。在进行厚度测量时,选择检测频率f使提离和厚度变化信号之间的相位差为90°,其可由集肤深度δ或以下两式计算

　　式中　t———板厚

　　ρ———导体的电阻率

　　把式(3)代入式(2)得

　　将ρ铝=28μΩ·mm,t=5 mm代入式(4),得f=

　　1.8 kHz,取f=2 kHz,则空心线圈的品质因数Q=ωL/R=0.88。

　　测量电路为涡流变换器的变频调幅电路,其基本原理是将传感器线圈直接接入电容三点式振荡回路^[3]。当导体接近传感器线圈时,由于涡流效应,传感器的阻抗发生变化,从而振荡器输出电压的幅度和频率都发生变化。该电路除结构简单、成本较低外,还具有灵敏度高、线性范围宽等优点。

　　在Labview和NI IMAQ的控制下,利用DAQ板开发一个基于PC的虚拟仪器系统,处理分析由涡流传感器探头采集得到的厚度测量数据。然后再利用Labview,通过交互式的图形化前面板来控制系统,并显示所得结果。