一种电涡流传感器探头及电涡流传感器的制作方法

1.本发明涉及传感装置领域，特别是涉及一种电涡流传感器探头及电涡流传感器。


背景技术：

2.当前电厂对设备运行状态的监测主要是通过传感器对设备的温度、振动进行监测。而振动监测多数采用涡流传感器，涡流传感器是通过测量位移量来监测物体的振动。在电厂的复杂环境中，传统的涡流传感器极有可能会在相关人员不知情的情况下产生误差，从而导致整个系统对于设备状态的判断。
3.现有技术中，涡流传感器的安装一般采用粘接安装或螺钉安装，这两种安装方式在电厂复杂的环境中都很容易产生松动、甚至脱落。
4.当传感器松动时，传感器测量的位移量发生变化，导致系统对设备的运行状态产生错误的判断，若此时相关人员没有及时发现传感器发生松动，可能会导致没必要的停机，对生产产生影响。
5.当传感器脱落时，电厂的系统会报警提示，设备此时处于不受监测的状态，极容易产生安全事故，若是重要的设备则需要停机重新安装传感器，也会对生产产生较大的影响。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种电涡流传感器探头及电涡流传感器，能够监测自身探头的位置，保证探头一直在正确的位置上监测设备，从而保证对设备位移监测的准确性。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种电涡流传感器探头，所述电涡流传感器探头包括：
9.探头主体，前端穿过被监测物体的外壳并伸入所述被监测物体的内部，用于监测所述探头主体的前端与所述被监测物体的内芯的距离，得到设备位置监测信号；
10.至少一个突出体，均匀分布在所述探头主体的后端；
11.至少一个位置监测线圈，用于监测所述位置监测线圈与所述被监测物体的外壳的距离，得到相应的相对位置监测信号；
12.所述位置监测线圈的个数与所述突出体的个数相等；所述突出体的内部存在间隙，作为第一间隙；所述第一间隙用于存放所述位置监测线圈及外围电路。
13.可选地，所述电涡流传感器探头还包括：
14.至少一个支撑体，分别嵌入所述突出体的内部，且位于所述位置监测线圈与所述探头主体之间，用于支撑和保护所述位置监测线圈；所述支撑体与所述突出体的个数相等且一一对应。
15.可选地，所述探头主体包括：
16.前端壳体，穿过所述被监测物体的外壳并伸入所述被监测物体的内部；
17.后端壳体，与所述前端壳体相接，用于调整所述前端壳体伸入所述被监测物体的内部的长度；各所述突出体均匀分布在所述后端壳体的外围；
18.设备监测线圈，位于所述前端壳体的内部，用于监测所述设备监测线圈与所述被监测物体的内芯的距离，得到设备位置监测信号。
19.可选地，所述前端壳体的内部存在间隙，作为第二间隙；所述第二间隙用于存放所述设备监测线圈及外围电路。
20.可选地，所述后端壳体的内部存在间隙，作为第三间隙；所述第三间隙分别与所述第一间隙及所述第二间隙相连通。
21.本发明还提供了一种电涡流传感器，所述电涡流传感器包括上述电涡流传感器探头以及传输屏蔽信号线和前置器；
22.所述传输屏蔽信号线，分别与位于探头主体的设备监测线圈及位于突出体的位置监测线圈连接；
23.所述前置器，与所述传输屏蔽信号线连接，用于分别为所述设备监测线圈及所述位置监测线圈提供用于产生涡流效应的高频振荡电流；
24.所述前置器还用于根据设备位置监测信号得到被监测物体的振动位移量以及根据相对位置监测信号判断所述电涡流传感器探头是否发生位移。
25.可选地，所述电涡流传感器还包括电缆插头；所述传输屏蔽信号线通过所述电缆插头与所述前置器连接。
26.可选地，所述传输屏蔽信号线由多根同轴电缆组成；所述同轴电缆的个数与所述设备监测线圈及所述位置监测线圈的总个数相等；所述多根同轴电缆分别与所述设备监测线圈、所述位置监测线圈及所述前置器连接。
27.可选地，所述前置器包括：
28.振荡器，与所述传输屏蔽信号线连接，用于分别为所述设备监测线圈及所述位置监测线圈提供用于产生涡流效应的高频振荡电流；
29.控制器，与所述传输屏蔽信号线连接，用于根据所述设备位置监测信号得到所述被监测物体的振动位移量以及根据所述相对位置监测信号判断所述电涡流传感器探头是否发生位移。
30.可选地，所述电涡流传感器还包括：
31.报警器，与所述控制器连接，用于根据提示信号发出警报；所述提示信号为所述电涡流传感器探头发生位移时所述控制器生成的。
32.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
33.本发明提供了一种电涡流传感器探头及电涡流传感器，其中，电涡流传感器探头包括探头主体、至少一个突出体及至少一个位置监测线圈。电涡流传感器包括电涡流传感器探头、传输屏蔽信号线和前置器。本发明通过在电涡流传感器的探头主体的后端设置均匀分布的至少一个突出体，并将位置监测线圈及外围电路对应放置在突出体的内部，用以测量位置监测线圈与被监测物体的外壳的距离，实现了电涡流传感器对自身探头位置的监测，从而保证探头一直在正确的位置上监测设备，进而保证了电涡流传感器对设备位移监测的准确性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明提供的一种电涡流传感器的透视图；
36.图2为本发明提供的一种电涡流传感器探头的俯视图；
37.图3为本发明提供的一种电涡流传感器的工作原理示意图。
38.符号说明：
39.设备监测线圈—1，前端壳体—2，第二间隙—3，后端壳体—4，支撑体—5，第一位置监测线圈—6，第二位置监测线圈—7，第三间隙—8，传输屏蔽信号线—9，电缆插头—10。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明的目的是提供一种电涡流传感器探头及电涡流传感器，能够监测自身探头的位置，保证探头一直在正确的位置上监测设备，从而保证对设备位移监测的准确性。
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
43.根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流传感器。
44.电涡流传感器的前置器中的高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场时，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与探头头部的线圈产生的磁场方向相反的交变磁场，由于其反作用，使探头头部线圈的高频电流的幅度和相位得到改变(即探头头部线圈的有效阻抗发生改变)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及探头头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、探头头部线圈与金属导体表面的距离d、电流强度i和频率ω参数来描述。则线圈的特征阻抗可用z＝f(τ,ξ,б,d,i,ω)函数来表示。
45.通常我们能做到控制τ、ξ、б、i、ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗z就成为距离d的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“s”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。同时，通过前置器中的电子线路的处理，可以将线圈阻抗z的变化(即头部体线圈与金属导体的距离d的变化)转化成电压或电流信号输出，且输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化。电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
46.当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的q值也发生变化，q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、
放大归一处理转化成电压(或电流)变化，最终完成将距离(即探头前端与被测金属表面的间隙)转换成电压(或电流)，从而实现对被测金属的振动位移量的测量。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
47.实施例1为本发明提供的一种电涡流传感器探头的具体设置；实施例2为本发明提供的一种电涡流传感器的具体设置；实施例3为本发明提供的一种电涡流传感器的工作原理。
48.实施例1
49.图1为本发明提供的一种电涡流传感器的透视图，如图1所示，本发明提供的电涡流传感器探头包括探头主体(包括图1中1、2、3和4)、至少一个突出体及至少一个位置监测线圈(包括图1中6和7)。
50.具体地，所述探头主体的前端穿过被监测物体的外壳并伸入所述被监测物体的内部；所述探头主体用于监测所述探头主体的前端与所述被监测物体的内芯的距离，得到设备位置监测信号。
51.所述至少一个突出体均匀分布在所述探头主体的后端。
52.所述至少一个位置监测线圈用于监测所述位置监测线圈与所述被监测物体的外壳的距离，得到相应的相对位置监测信号。
53.此外，所述位置监测线圈的个数与所述突出体的个数相等，且一一对应；所述突出体的内部存在间隙，作为第一间隙；所述第一间隙用于存放所述位置监测线圈及外围电路。
54.其中，探头主体监测其与被监测物体的内芯的距离，得到设备位置监测信号及位置监测线圈监测其与被监测物体的外壳的距离，得到相对位置监测信号的工作原理均为上述的电涡流效应。
55.进一步地，所述电涡流传感器探头还包括至少一个支撑体5，所述支撑体5分别嵌入所述突出体的内部，且位于所述位置监测线圈与所述探头主体之间，用于支撑和保护所述位置监测线圈；所述支撑体5与所述突出体的个数相等且一一对应。
56.进一步地，所述探头主体包括前端壳体2、后端壳体4和设备监测线圈1。
57.具体地，所述前端壳体2穿过所述被监测物体的外壳并伸入所述被监测物体的内部。所述后端壳体4与所述前端壳体2相接，用于调整所述前端壳体2伸入所述被监测物体的内部的长度；各所述突出体均匀分布在所述后端壳体4的外围。所述设备监测线圈1位于所述前端壳体2的内部，用于监测所述设备监测线圈1与所述被监测物体的内芯的距离，得到设备位置监测信号。
58.图2为本发明提供的一种电涡流传感器探头的俯视图，如图1及2所示，所述前端壳体2与所述后端壳体4均为圆柱体；且所述前端壳体2与所述后端壳体4的外径相等。
59.在本实施例中，所述突出体、所述支撑体及所述位置监测线圈的个数均分别为两个；且所述突出体及所述支撑体的外形均为长方体；所述两个位置监测线圈分别称为第一位置监测线圈6和第二位置监测线圈7。但并不以此为限制，可以根据被监测物体的外形、被监测物体的大小等实际情况进行调整。
60.作为本实施例的一种具体实施方式，所述后端壳体4的表面覆盖有螺纹；所述电涡流传感器探头通过所述螺纹调整所述前端壳体2伸入被监测物体的内部的长度，并将所述
前端壳体2固定在设定位置。
61.优选地，所述前端壳体2与所述后端壳体4凹凸相接；所述前端壳体2的尾部向外侧凸出，所述后端壳体4的头部与所述前端壳体2相接的位置向内侧凹入，二者相互嵌合，用以固定。
62.优选地，所述前端壳体2的内部存在间隙，作为第二间隙3；所述第二间隙3用于存放所述设备监测线圈1及外围电路。
63.优选地，所述后端壳体4的内部存在间隙，作为第三间隙8；所述第三间隙8分别与所述第一间隙及所述第二间隙2相连通。
64.实施例2
65.如图1所示，本发明提供的电涡流传感器包括上述电涡流传感器探头、传输屏蔽信号线9和前置器。
66.具体地，所述传输屏蔽信号线9分别与位于探头主体的设备监测线圈1及位于突出体的位置监测线圈(包括图1中6和7)连接。
67.所述前置器与所述传输屏蔽信号线9连接，用于分别为所述设备监测线圈1及所述位置监测线圈提供用于产生涡流效应的高频振荡电流。所述前置器还用于根据设备位置监测信号得到被监测物体的振动位移量以及根据相对位置监测信号判断所述电涡流传感器探头是否发生位移。
68.进一步地，所述电涡流传感器还包括电缆插头10；所述传输屏蔽信号线9通过所述电缆插头10与所述前置器连接。
69.作为本实施例的一个具体实施方式，所述传输屏蔽信号线9由多根同轴电缆组成；所述同轴电缆的个数与所述设备监测线圈1及所述位置监测线圈的总个数相等；所述多根同轴电缆分别与所述设备监测线圈1、所述位置监测线圈及所述前置器连接。
70.进一步地，所述前置器包括振荡器和控制器。
71.具体地，所述振荡器与所述传输屏蔽信号线9连接，用于分别为所述设备监测线圈1所述位置监测线圈提供用于产生涡流效应的高频振荡电流；所述控制器与所述传输屏蔽信号线连接，用于根据所述设备位置监测信号得到所述被监测物体的振动位移量以及根据所述相对位置监测信号判断所述电涡流传感器探头是否发生位移。
72.优选地，所述振荡器为晶体振荡器；所述控制器为stc单片机、stm32单片机或数据采集卡，但并不以此为限制，可以根据实际需要进行调整。
73.进一步地，所述电涡流传感器还包括报警器；所述报警器与所述控制器连接，用于根据提示信号发出警报；所述提示信号为所述电涡流传感器探头发生位移时所述控制器生成的。
74.优选地，所述报警器为喇叭、指示灯等。
75.以本发明提供的电涡流传感器探头的位置监测线圈的个数为两个为例，图3为本发明提供的一种电涡流传感器的工作原理示意图，如图3所示，电涡流传感器的使用步骤及具体工作原理如下：
76.1)、当待监测设备在停止状态时，首先在待监测设备需要被监测的位置进行打磨，以保证该位置平整、整洁，然后打孔，将电涡流传感器探头的前端壳体2朝里插入，用电涡流传感器探头的后端壳体4上的螺纹调整位置并固定。
77.2)、当电涡流传感器探头固定完全后，当设备处于静止状态时，位置监测线圈6测量其到待监测设备的表面的距离d1，得到第一初始电压v1并记录下来；位置监测线圈7测量其到待监测设备的表面的距离d2，得到第二初始电压v2并记录下来。
78.3)、当设备开始运行后，设备监测线圈1开始测量待监测设备的振动位移量。同时第一位置监测线圈及第二位置监测线圈持续测量各自到待监测设备的表面的距离，分别得到对应的电压量v1、v2，并将采集到的电压量经过外围电路及传输屏蔽信号线传输给控制器进行处理。
79.4)、控制器将设备运行状态下采集到的电压量v1、v2分别与初始电压v1、v2进行比较。如果v1
‑
v1＝0且v2
‑
v2＝0，则说明当前第一位置监测线圈6及第二位置监测线圈7各自到设备表面的距离d1与d2均没有发生变化，电涡流传感器探头没有产生位移，此时设备监测线圈采集的数据正常；如果v1
‑
v1≠0或者v2
‑
v2≠0，则说明当前第一位置监测线圈6及第二位置监测线圈7各自到设备表面的距离d1或d2发生了变化，电涡流传感器探头发生了位移，也就是松动，此时电涡流传感器测量的不是设备的实际位移量，控制器便会产生提示信号，提示需要人员去现场处理。
80.与现有技术相比，本发明提供的传感器通过本身的自我监测，可以保证探头一直在正确的位置上监测设备，从而可以保证监测数值的准确性。在电涡流传感器探头产生位移后，测量的数据往往会出现偏差，如果系统没有提示，很容易产生错误的结果，导致技术人员做出错误的判断，从而影响生产。本发明提供的电涡流传感器在产生位移或者偏离之时，能够及时提示技术人员，去将电涡流传感器探头重新固定好或者记录下来，从而避免影响生产。
81.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
82.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。