电涡流传感器铜膜测厚电路设计要点.doc

传感器原理课程设计
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任务书
课程 传感器课程设计
题目 电涡流传感器应用电路设计
专业 姓名 学号 主要内容：
利用电磁感应的原理，以高频反射式电涡流传感器为基础，将LC电路产生的 正弦电磁波辐射至铜膜。在铜膜上产生电涡流 ，从而引起辐射线圈电阻抗的变化， 损耗增加，振荡号幅值随之衰落。通过单片机对信号幅值进 A/D转换,数据处理, 指示铜膜的厚度。
基本要求：
1、 利用声电涡流传感器、单片机等设计一种厚度测量电路。
2、 电路中要有相应的显示测量结果、整流、放大等单元电路。
2、 按照技术要求，提出自己的设计方案（多种）并进行比较。
3、 说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原 理、注明元器件选取参数、进行方案比较。
参考文献：
[1] 高晓蓉•传感器技术[M].成都：西南交通大学出版社，2003.
[2] 黄贤武，[M].北京：电子科技大学出版社，2004.
[3] 徐科军传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2008.
[4] [M].北京：中国农业大学出版社，2001.
完成期限 —
指导教师
专业负责人
2013 年 7 月 12 日
设计针对于PCB板的铜膜厚度进行测量。利用电磁感应的原理，以高频反射式 电涡流传感器为基础，将LC电路产生的正弦电磁波辐射至铜膜。在铜膜上产生电涡 流，在交变磁场中，不同厚度金属导体内的涡流对传感器探头内线圈具有不同程 度的阻抗反射作用，从而引起辐射线圈电阻抗的变化 ，损耗增加，振荡号幅值随之 衰落。通过单片机对信号幅值进行A/D转换,数据处理,指示铜膜的厚度。所设计的 装置体积小,携带方便,对铜膜检测的灵敏度较高,可以有效测量10〜150yrn的厚度, 也可应用于其他金属镀层厚度的测量。
关键词：电涡流；铜膜厚度；幅度；电磁感应
传感器原理课程设计
目录
一、 设计要求 1
二、 设计方案及其特点 1
1、 方案一 1
2、 方案二 2
三、 传感器工作原理 2
1、 电涡流传感器工作原理 2
2、 电涡流传感器等效电路 2
四、 铜膜测厚电路图及其工作原理 4
1、 电路图 4
2、 电路工作原理 5
五、 铜膜测厚电路的单元电路设计、参数计算、器件选择 5
1、 单元电路设计 5
2、 参数计算 6
3、 元器件清单 7
六、 总结 8
参考文献 9
传感器原理课程设计
铜膜测厚电路设计
一、设计要求
敷铜板作为电子行业的基本材料，其敷铜厚度对某些电子产品的质量有重要 影响。而目前生产厂家所生产的敷铜板的铜膜厚度相差较大 ，有的为了省成本，铜 膜厚度越来越薄，严重影响了相应电子产品的可靠性。敷铜板上铜膜厚度的测量一 般不能使用卡尺类测量工具，因镀层厚度很薄，也不能采用超声波测量。对这类金 属镀层厚度进行测量，常常采用电涡流测量模式。
二、设计方案及其特点
针对传统的接触式测量技术在实际应用中的不足，介绍电涡流传感器的设计 方案。该方案采用电涡流技术将非电量的位移信息转化为电压信号。通过对电涡 流传感器的结构和工作原理的分析，设计了两种典型电涡流传感器的测量电路。
1、方案说明
方案一：采用电桥法测量。其原理框图如图1所示。振荡器产生的高频振荡 电流经过功率放大器放大后送给交流电桥，当材料表面有膜是时，将使线圈阻抗 变化，从而破坏电桥平衡，电桥不平衡电压信号输出，经过放大、检波以后，其 输出信号就反映了被测量的变化。
图1方案一原理框图
方案二：探头接近被测材料，将使线圈的电感值发生变化，直接检测电感变化 的方法为电感测试法或调频测试法。其原理框图如图 2所示。将传感线圈接入振荡 回路，当位移变化时，传感线圈的L值相应的也发生变化，从而引起振荡器振荡频 率的变化，通过F/V转换器进行解，将频率的变化转换为电压的变化。但由于频率 与位移之间的非线性关系，还需加线性化器矫正其非线性特性。
图2方案二原理框图
2、方案论证
这两种测量电路中，从灵敏度来看，调频调幅式比其它两种要高些；从测量 线性范围来看，方案一强于方案二，但方案二结构最简单，便于遥测、数字显示 和与单片机接口连接。所以一般地说，需要稳定性好可选用方案一测量电路，若 考虑便于与单片机接口连接，那么方案二测量电路就由其方便之处。因此本设计 中选用方案二。
三、传感器工作原