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[嵌入式]电涡流传感器测转速的互相干扰问题(续1-干扰波形测量及解决方案)

????????今天又在用电涡流传感器测转速,实测了一下两个传感器互相干扰的情况。两个传感器平行安装,距离4厘米左右。

下面是一个传感器时的传感器输出波形:

放大后观察,波形也是非常的光滑:

把两个传感器都装上后的传感器输出波形:

可以看到信号中多了一堆毛刺,放大看看:

两个传感器安装的太近就会这样,互相影响。然后测到的转速值也不对了。

?

大概了解一下电涡流传感器的工作原理:

????????传感器系统的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时,在前置器内会产生一个高频信号,该信号通过电缆送到探头的头部,在头部周围产生交变磁场H1。如果在磁场H1的范围没有金属导体接近,则发射到这一范围内的能量都会被释放;反之,如果有金属导体接近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,既改变了线圈的有效阻抗。这种变化即与电涡流效应有关,又与静磁学效应有关,既与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关。假定金属导体是均质的,其性能是线形和各向同性的,则线圈——金属导体系统的磁导率u、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体距离δ,线圈激励电流I和频率ω等参数来描述。因此线圈的阻抗可用函数Z=F(u,σ,r,I,δ,ω)来表示。

????????如果控制u,σ,r,I,ω恒定不变,那么阻抗Z就成为距离的单值函数。由麦克斯韦尔公式,可以求得此函数为一非线形函数,其曲线为“S”型曲线,在一定范围内可以近似为一线形函数。

因为探头发出的是交变磁场,电磁波的波动方程是复指数函数,复指函数对频率有正交性。既然正交,那就意味着他们属于两个空间的变量,类似于平面直角坐标系的X轴与Y轴,他们无法加减乘除。所以两个波虽然在空间上交叠,但彼此没有任何关系。只有一个特殊情况,即频率相等,此时正交性不复存在(因为同一个复指数只是初相和幅度不同),产生干涉现象。

? ? ? ??从上面的解释可以看出,我们用两个相同规格的探头,安装位置也比较近的话,两个探头发出的电磁波会产生干涉,会导致两个探头都不能正常工作。如果我们将两个探头发出的电磁波的频率调成不一致的,就不会互相影响。

????????我用两个厂家的电涡流传感器(每个厂家的探头发出的电磁波的振荡频率应该是不一样的),安装距离3cm,测量到的转速脉冲信号是这样:

可以看出两个波形非常干净,没有互相影响,测出来的转速值也完全正常。

在实际的项目中,如果两个电涡流传感器的安装距离确实太近、无法调整,可以提前跟电涡流传感器厂家预定两种频率的探头,这样即使距离近也能满足现场测量需求。

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加:2022-03-15 22:44:59  更:2022-03-15 22:47:36 
 
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