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基于电涡流原理的钢轨平直度测量仪的研制
| 论文题名： | 基于电涡流原理的钢轨平直度测量仪的研制 |
| 关键词： | 钢轨平直度测量仪;线圈阻抗测量;相位法;有限元仿真 |
| 摘要： | 随着现代生活中高速轨道交通、半导体微电子行业的发展，传感器的使用越来越普及，对各种环境中的物理量的测量要求也越来越多样化。钢轨表面平直度的好坏直接影响着轨道交通的速度和安全性，因此对钢轨平直度的测量变得十分有意义。电容式传感器分辨率很高，但测量容易受环境各种污染物的影响，结果的稳定性受限制因素较多。电涡流传感器是一种广泛应用于各种工业环境和研究实验中的非接触式传感器，具有宽带宽、高灵敏度和可靠性的特点。 本文以应用于测量钢轨表面平直度的电涡流位移传感器为研究核心，以能实现±2mm测量范围、精度0.05mm、线性度优于4%、测量速度高于每秒两个点为目标，针对应用于钢轨平直度测量中的电涡流传感器的两大组成部分：探头线圈和阻抗变化检测电路进行了重点研究。主要工作内容和研究成果如下： 1.基于电涡流效应，提出了钢轨平直度测量仪的总体设计方案和传感器的指标需求，硬件平台包含主控板和采集板，以STM32单片机为控制核心，将MCU及外围电路放置于主控板上，将传感器系统和ADC等器件放置于采集板上，并基于硬件平台对软件提出了算法设计和功能需求。 2.对电涡流位移传感器的探头线圈的设计方法进行了分析，利用COMSOL有限元仿真软件对探头线圈各项参数进行了仿真分析，并结合钢轨平直度测量仪的具体设计指标完成了线圈的参数设计。 3.对电涡流位移传感器探头线圈的阻抗变化测量电路进行了分析，以相位法和PWM脉宽调制原理为基础，提出了两种电路结构形式，实现了将探头位移量转换为变化的直流电压的目标。并以减小线圈电阻对测量结果的影响为目标，设计了能提高输出电压与输入电压相位差范围的电路和具体参数，同时利用MATLAB软件进行了数据分析，利用Multisim软件对电路进行了仿真，验证了设计的正确性，最终方案已经申请了相关专利。 4.对测量仪中除了传感器以外的硬件进行了设计，完成了器件选型，绘制了原理图和PCB并进行了焊接调试，搭建了一台测量仪样机，完成了对工字钢表面平直度的测量。同时对实验结果进行了总结分析，验证了本文设计的电涡流传感器以及测量样机的可行性。 |
| 作者： | 胡远首 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 黄建国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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