电子产品世界

传感器是采集和获取信息的工具，又称“电五官”。传感器及其技术应用非常广泛，已经渗透到家居、农业、工业、医学、军事、环保、交通等各行各业，对系统的自动化程度和测控质量起着重要的作用。现代工业生产中，常需要测量并判别钢珠工件的直径是否在允许范围之内，需要与一标准直径进行比较才能得出结论，仅凭人工检测在速度、精度上都不现实，必须借助先进的技术实现自动检测。有效地获取被测信号是关键所在，获取信号的最佳元器件就是传感器，本文选用电感传感器(Irductance Type Transducer)作为信号拾取源，将被测部件几何尺寸的微小变化转换为线圈的电感变化实现测量，具有工作可靠、灵敏度高、寿命长、线性好、分辨率高、精度高、性能稳定和重复性好等优点。

1 电感传感器
在测量技术中。电感传感器广泛用于加速度、位移、振幅、转速、无损探伤等非电量的测量。在其控制系统中，钢珠直径分类选择器(简称分选器)是1个微位移检测装置，实现对钢珠尺寸的检测与计数，是电感式传感器的典型应用。本测控系统采用博世力士乐传感实验装置，由传感器实验台、直流稳压电源、传感器、直流电机和信号处理电路模块组成。
1．1 基本结构
电感式传感器的激励元件由线圈和铁氧体磁心组成，如图1所示。式(1)为电感式传感器的数学模型。

式(1)中L为电感量，N为线圈的匝数，μ为气隙导磁率，S为气隙截面积，δ为气隙厚度。
可知，线圈电感量L与气隙厚度δ成反比，与气隙截面积S成正比。假设起始位置的气隙为δo，对应的初始电感为Lo，且S固定不变，当δ有细微变化为△δ时，引起的自感量的变化量dL为(忽略高次项)：

1．2 工作原理
电感式传感器是建立在电磁场理论基础上，是利用被测量磁路磁阻变化引起传感器线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量变化来实现非电量测量。
当交流电流过线圈时，线圈产生交变磁场，该磁场通过铁心并指向铁心一侧，即传感器的激励端。当有金属物体或磁性物体接近传感器激励端时会造成磁场变形。使用计算机模拟可获得磁场状态图，如图2所示。从图2可以看出导电材料(如钢板)接近激励端时的磁场效应，变化的磁场导致传感器线圈的阻抗发生变化。

传感器线圈构成变压器初级绕组，金属板构成短路次级绕组，如图3所示。由于电感耦合作用，在次级回路中产生的感应电流i2又反作用于初级回路，从而产生互感系数M12。最终使得线圈本身的阻抗发生变化。通过与理想变压器回路比较，可得出以下结论：

综上所述，当有导电材料接近传感器时，线圈的阻抗Z实值增加，其值等于线圈电阻R1加上R2、L2、M12及ω产生的阻抗。经验表明，阻抗Z的虚值只表明传感器线圈与金属板之间有很小间距时的测量变化。电感式传感器只能利用阻抗Z的实值变化量检测导电材料被测物体。

2 工业应用
2．1 功能分析
对钢珠的标称直径(9．000mm)进行控制，允许公差范围为±3μm，在此范围之内为合格产品，应予保留，超出此范围即为次品，应予剔除，并自动统计合格产品与次品的数量。将拾取信号(误差信号)与对标准信号(9 mm值)对比，如果在±3μm范围内，则合格产品自动计数(C1=Cn1+1)，如果超出这个范围，则次品自动计数(C2=Cn2+1)，当合格产品数与次品数只和等于产品总数时，自动退出检测系统。电路设计流程如图4所示。

关键词： 分选 设计 直径 钢珠 电感 传感器 基于