在發射線圈施上交流電壓,產生交流電流并在空間生成交流磁場,
該磁場在接收線圈感應用電動勢,并通過調理電路處理,最終得到電壓信號送入處理器,計算得到待測物導致的發射信號與接收信號之間的相位差,
根據這一相位差判斷待測物的類型。
不存在待測物的情況
當不存在待測物時,發射線圈的等效電路由電阻和電感組成,如下圖:
發射線圈等效電路
其中R1為線圈電阻,其電阻值大概為4Ω;L1為線圈電感,其電感量大概為 10mH。
其阻抗表示為:
存在待測物的情況
發射線圈通入交流電流I1時,線圈周圍產生一個交變磁場H1。
當待測物位于線圈磁場范圍內時,待測物內部生產感應渦流電流I2,
渦流信號在待測物附近產生交變磁場H2,渦流的中心之處H1和H2同軸但是方向相反。
因此,原有外部磁場被削弱,導致線圈的等效阻抗、相位均發生變化。
渦流示意圖
線圈和待測物視為兩個互感的耦合線圈。
等效電路如圖所示:
待測物渦流影響下的等效電路
其中R1為發射線圈的電阻,L1為發射線圈的電感,R2為待測物渦流效應的等效電阻,L2為待測物渦流效應的等效電感,M為發射線圈與待測物之間的互感。
根據基爾霍夫定律,在發射線圈側,有:
在待測物側,有:
聯立上述兩式,求解,得到:
對于不同類型的待測物,由于待測物的影響,
將使得發射線圈的等效電阻增大,而等效電抗可增大,或者減少。
通過判斷等效電抗增大或者減小,實現對待測物進行分類。
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原文標題:一個巧妙的相位差檢測電路的詳細分析
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