Имею желание соорудить вихретоковый (eddy current) датчик перемещения для измерения изменения расстояния от сенсора до металлической поверхности.
Расстояние 5мм - 10мм, разрешение необходимо не хуже 10 микрон. Долговременная стабильность не заботит - перекалибровка возможна несколько раз в минуту. Важна линейность и устойчивость к внешним факторам, например к температуре датчика/поверхности металла. Первые вопросы знатокам :
Какой металл лучше подходит для решения задачи : сталь или алюминий ?
В датчике установить одну катушку или вторую использовать для измерения разбалансировки моста ?

Если у Вас есть возможность частой калибровки, то ничего не должно волновать.
Однако для чистых металлов температурный коэффициент сопротивления примерно полпроцента на градус...

Подскажите марку феррита для датчика...грабли хочу обойти.

под калибровкой подразумевал лишь установку датчика на фиксированное расстояние, а не возможность замеров в диапазоне...

Подобная задача у меня решалась с помощью серийного датчика фирмы "Сенсор" (года 3 назад он стоил 300р) ну и соответствующей обработки на С51.

сообщите ссылку - много фирм с таким именем.
микро-эпсилон и омрон предлагает дороже - порядка 2000уе за датчик с контроллером.

Держите http://sensor-com.ru/about/

В вихретоковых датчиках ферриты обычно не применяют. Как только возникает вопрос температурной стабильности , решение задачи усложняется. Надо учесть температурную зависимость как сопротивления меди катушки , так и сопротивления стали (алюминия). Пассивную компенсацию обычно делают за счет температурной зависимости толщины скин-слоя . То есть подбирают колво витков катушки , толщину провода, толщину изоляции, сечение катушки и тд таким образом , чтобы на среднем расстоянии до объекта измерения за счет температурной зависимости толщины скин слоя, скомпенсировать температурные зависимости сопротивлений . Иногда это удается. Правда на других расстояниях эта компенсация много хуже. Можно также измерять сопротивление катушки, те измерять температуру, и вводить температурную поправку, разную для разных расстояний, в контроллере. Нередко температура катушки отличается от температуры объекта, до которого измеряется расстояние, тогда задача усложняется






Кстати, какой датчик Вас интересует, индуктивный или вихретоковый?. СЕНСОР выпускает индуктивные датчики.

Сенсоры "Сенсора" индуктивные и не годятся для задач метрологии...

Это одно и тоже. Физический принцип действия одинаковый.

Вот тут Вы сильно ошибаетесь, тем более, что в своем первом посте Вы утверждали, что можете производить перекалибровку очень часто.
Или Вы неправильно применили термин "перекалибровка" (это подразумевает, что Вы периодически калибруете каждый раз заново).

Это указывает сам Сенсор в своей документации...
исправил уже, что "калибровка" проходит в одной точке, а не в диапазоне измерения...


В вихретоковом методе диагностики изменение расстояния до объекта (lift off) - негативный фактор, от влияния которого стараются избавиться.
А в моей задаче, наоборот, - надо снизить влияние проводящей поверхности.
Известны ли ухищрения для решения ?

Конечно, известны, но сложно объяснить на словах.
Но попробую.
Если взять простую катушку и запитать ее переменным током. Затем поместить на металл, то в катушке из-за действия вихревых токов появится так называемое вносимое сопротивление (в воздухе равное нулю). Это сопротивление носит комплексный характер. Если раздельно измерять фазу и амплитуду вносимого сопротивления, то можно заметить, что изменение электропроводности и магнитной проницаемости металла в основном будет приводить к изменению фазы вносимого сопротивления. А расстояние до металла (отрыв) – будет сказываться, в основном, на амплитуде вносимого сопротивления. Зависимости там сильно нелинейные.
Как-то так.

То, что анализ происходит в комплексной плоскости, понятно.
Но гугление приводит к нахождению конструкций датчиков, в которых несколько обмоток. Например, одна катушка возбуждает вихревые токи, а две другие, включенные противофазно и расположенные с разных сторон первой, снимают полезный сигнал (в отсутствии металла сигнала нет).
Насколько эффективны такие решения ?
на высоких частотах приносят пользу решения с AMR, GMR сенсорами в конструкции ?

Конструкция датчика сложнее. Проблема согласования катушек в воздухе.
Но чувствительность будет лучше и нелинейность меньше.
Анализ сигнала будет такой же. Надо измерять амплитуду изменения напряжения.

Действительно, "Сенсор" именно так и указывает в своей документации - но это говорит только о том, что предприятие не отвечает (до определенных пределов) за метрологические характеристики каждого конкретного экземпляра датчика.
Вам ничто не мешает снять градуировочную характеристику конкретного датчика, зашить в ПЗУ (EEPROM) и пользоваться.
Для большей уверенности можно проделать это при разных температурах и тогда по результатам проверки в одной точке вводить поправки.
Вообще говоря данных для более конкретных советов маловато..
Снизить влияние проводящей поверхности задача достаточно сложная так как на низких частотах велико влияние удельной проводимости материала поверхности, а на высоких проявляется влияние шероховатости поверхности..
Если бы Вы поделились подробностями задачи было бы лучше.

Ничто не мешает и датчик смастерить и целиком принять ответственность за его характеристики...
(там (в Сенсоре), боюсь, один транзистор в генераторе и операционник для преобразования)

Подробностей не таю - измерять хочу изменение расстояния до металлического вала диаметром не менее 200 мм 1000 раз в секунду

По всей видимости Вы хотите иметь датчик биения вала (который быстро крутится), или я не прав?
В этом случае, на мой взгляд проще применить дифференциальную схему измерений (два оппозитных датчика), или соответствующую обработку результатов измерений одного датчика.
Таким образом Вы отстроитесь от большинства мешающих факторов.
А по поводу датчика "Сенсора" - я его потрошил для интереса, так там на мой взгляд очень грамотная схема, не скажу, что все учтено до предела, но - весьма достойно за такие деньги.

Похоже на датчик биения, но второй датчик неприемлем.

Ну что значит - "похоже"?
Датчик биений: если биения (разница результатов измерений) превышает допуск -"Караул! Хватай мешки, вокзал отходит!"
Если же Вам нужно измерять положение вала по расстоянию до поверхности какого-то кулачка, насаженного на этот вал, то это совсем другая песня!

Совсем другая песня - нужно измерять расстояние до поверхности вала, но кулачков никаких нет

Что-то проясняется..
Остается несколько вопросов:
1. Вал один и тот-же?
2. Как осуществляется "калибровка" несколько раз в минуту?
3. Как вообще базируется датчик относительно вала?

1.Вал один, тёпленький (до 80 градусов), вращается медленно.
2.Измерением фактического расстояния оптическими методами.
3.Перемещается над валом.

Это не так. В индуктивных датчиках потери на токи Фуко мало не интересуют, измеряют изменение индуктивности, в вихретоковых измеряют потери, обусловленные токами Фуко.





Не ясно, чего Вы хотите. Вы измеряете расстояние до металлического объекта, как же изменение этого расстояния может быть негативным фактором. Если Вы исследуете поверхность металла на предмет дефектов, тогда это негативный фактор. Кстати биения валов промышленного оборудования (виброперемещение) почти всегда измеряют вихретоковым методом по изменению амплитуды, те меряют поглащение , дисперсия, те изменение частоты,в этом случае невелика . Метод плохой , но остальные еще хуже.
Что значит снизить влияние проводящей поверхности, если вы именно до нее измеряете расстояние?.

Хотелось бы снизить влияние температуры, шероховатости поверхности в результатах измерения перемещения...

Влияние температуры - не проблема. С этим справляются при помощи правильного выбора частоты измерения и фазовой отстройки от влияния температуры (т.е. гл. образом изменения электропроводности).

С шероховатостью - "возможны варианты".
В простейшем случае можно принимать, что датчик измеряет "среднее" расстояние до шероховатой поверхности. Чудес, конечно, не бывает: шероховатость будет ограничивать точность измерения расстояния.
А если допустить, что шероховатая поверхность "вала" может быть с окалиной, то точность может быть еще хуже.

Я отвечал на этот вопрос 9 декабря. Все не так просто, как в предыдущем ответе, но подбор частоты дает хороший результат на конкретном расстоянии, при изменении которого ошибка возрастает. Про фазу я не понял.

А по-подробнее не расскажите?
Тоже есть задача измерения зазора между датчиком и металлической поверхностью. Необходимая точность - порядка 10 мкм. Цена на датчик в пару тысяч уе - абсолютно неприемлима.

Посмотрел эти датчики на сайте фирмы. Там они все - выключатели.
Как вы решали подобную задачу? Снимали кривую датчика? Работали в линейной области этой кривой? Включали в мостовую схему? Хватит ли чувствительности этих датчиков для измерения с погрешностью в 10 мкм?
Может скажите какой конкретно датчик брали?

Спасибо...

Посмотрите тут.
Конечно каждый датчик калибровался индивидуально. К сожалению тип датчика "навскидку" не вспомню.

Приветствую!
НЕ совсем про перемещения...
Стоит задача применения вихретокового метода для обнаружения мелких металлических частиц. Размер частиц от 5 мкм и выше. Занимался ли кто смежными или подобными задачами? Разумно ли при таком размере частиц применять вихретоковый метод или это тупиковое направление и ВТП не обладают такой чувствительностью?

сколько частиц в кубическом см?

ориентироваться можно на величину 1500частиц/см3, но это не догма. В идеале хочется видеть отклик и от 1 частицы.
Чтение соответствующей литературы (Соболев, Шкарлет, Герасимов и т.д.) не дало мне понимание того, как можно перейти от "известных" моделей витка над полуплоскостью или проходного датчика с бесконечной проволокой к модели витка и частицы, размеры которой много меньше размеров витка

Любопытная задача для ВТП.
А какой может быть размер датчика (понятно, что много больше частицы)? Модель частицы - шар? Частицы - неферромагнитные?
Под рукой нет литературы, порыться, не делал ли кто хоть отдаленно подобное. Попробую удаленно поспрашивать коллег с большим стажем в этой области.
Численно промоделировать такое вполне возможно. Может, можно и на пальцах прикинуть.

Чисто индуитивно - ВТП пройдет вряд ли. Слишком малым будет относительное вносимое напряжение из-за крохотного коэффициента заполнения датчика. Хотя конечно в этом случае многое будет определяться неописанными ньюансами задачи, поскольку играться прийдется с малыми величинами. Например, что значит обнаружить?

to SBE
Буду признателен, если Вы "проведете" опрос Мне не удалось найти ничего похожего. Численно промоделировать - пробую, с Ansys провозился, не пошло, теперь возлагаю большие надежды на MAxwell. Осваивать его не в пример легче.
А обнаружить - установить факт наличия или отсутствия частицы в рабочем объеме датчика, ну или выделить сигнал от частицы на фоне шумов. Частицы - как ферромагнитные, так и неферромагнитные. Еще один большой знак вопроса - схема включения датчика, ведь действительно надо обеспечить весьма и весьма достойную чувствительность. Да и тип датчика - дифференциальный или нет, параметрический или трансформаторный? Вопросов много, опытных людей вокруг почти нет

Поспрашиваю в будни.

Про моделирование - несомненно возможно, но аккуратно надо. Легко получить ерунду и не заметить, особенно без большого опыта. Я с нашими ансисниками работаю по принципу: простая модель – верификация на реальном объекте – дальнейшее моделирование. А то промахнуться на много порядков не моргнув глазом .
Ферромагнитный это принципиально другой случай, даже несмотря на размагничивающий фактор для частицы.
И все же какое может быть сечение датчика? Единственная надежда, что его можно сделать относительно малым.

Тип ВТП. Я поэтому и спрашиваю об обнаружение. Одно дело если частицы пролетают через датчик с некоторой скоростью. Тогда можно думать о дифференциальном датчике, хотя под большим вопросом. Другое дело если концентрация частиц может медленно возрастать, это хуже для отстройки. Параметрический навряд ли.

Касательно датчика. Я полагаю, что для увеличения чувствительности датчика необходимо увеличить коэффициент заполнения, т.е. в моём случае сделать датчик миниатюрным насколько возможно. Ориентируюсь на проходной датчик с каналом 1мм и менее, линейные размеры требуют уточнения, но порядок, думаю, тот же.
Частицы "пролетают" датчик с некоторой скоростью. Концентрация может варьироваться в значительных пределах, но только "вниз", т.е. <=1500 част/см3.
Касательно типа частиц. Я потому в сторону ВТП и смотрю, что есть возможность отличать материалы по магнитному признаку, т.е. необходимо хотя бы "грубо" отслеживать тип материала частицы.

Верно мыслите про коэффициент заполнения. Проходной диаметром 1 мм уже как-то становиться реалистичнее. Если пропускная способность позволит, то лучше и меньше. Мы засовываем ВТП внутрь отверстия медицинской иглы внешним диаметром меньше 0.4мм


Про скорость изменения концентрации спрашиваю потому, что ВТП будет «плыть» и скорее всего надо будет подстраивать ноль. Или через ФВЧ или по моментам заведомого отсутствия частиц и т.д.


Если удастся детектировать немагнитные частицы, то обнаружение магнитных и разделение по типу, скорее всего, решиться. Хотя большая вариация размеров частиц и очень малая магнитная проницаемость будет мешать. Может придется воспользоваться многочастотным методом.

0.4мм О_О!! А датчик сами делаете или заказываете??? И, если не секрет, технология изготовления сего чуда, хотя бы в общих чертах. Ваш ВТП, видимо, имеет достаточно протяженный (по сравнению с поперечным диаметром ) линейный размер.

1) частички -они парамагнитные или ферромагнитные (разные?)?
2) Вы хотите разделять их только по магнитному моменту/намагниченности?

Это датчики для измерителей толщины металлизации в отверстиях печатных плат. 0.4 мм уже на пределе, или даже за пределом наших возможностей (непонятно как работает). Побольше типа 0.6мм очень давно серийно выпускаемые.
Технология печатная на пленке, заказная. Линейный размер не скажу, наверно несколько миллиметров. Сворачивается в трубочку, засовывается внутрь иголки.

Разделять необходимо частицы по признаку магнитный/немагнитный материал. А будет магнитный пара- или ферро-... об этом даже пока и не задумывался, но чисто интуитивно полагаю, что будет сложно при столь малых размерах частиц (от 5 мкм) вести классификацию по типу магнитного материала, хотя могу и заблуждаться. А вообще было бы здорово иметь и такую возможность. В данный момент необходимо вообще "научиться видеть" такие малоразмерные объекты.

Получил ответ от коллеги, честно говоря, не ожидал, но, как известно, "Все уже придумано до нас".
Подобную задачу решал один из наших «зубров» в области ВТ. В топливных таблетках надо было обнаруживать ферромагнитные включения. Была достигнута очень высокая чувствительность для ферромагнитных частиц и неплохая для не ферромагнитных. Количественные характеристики, что значит «неплохая» по памяти не воспроизвели. Датчик где-то валялся, проходное отверстие около 10мм.

Спасибо за информацию, жаль что нет более конкретных численных данных о том, что было достигнуто. Но это косвенно подтверждает возможность подобного обнаружения, а значит надо удвоить усилия ))

Пожалуйста.
Конкретные цифры есть где-то, но попробовать их получить могу только добравшись на работу из больницы, где пока пребываю. Если конечно они не являются ноу-хау или закрытой информацией. Навскидку можно сказать, что вряд ли таблетки допускают серьезные примеси судя по их назначению. Можете попробовать оценить насколько это коррелирует с концентрацией которая вам интересна.

Успехов.
Не справитесь, обращайтесь, если наши не смогут, то значить ВТ метод не подходит.

Скорейшего Вам выздоровления! А "ваши" серьезные ребята, видимо! )))

дело в том, что с помощью каких-либо стандартных методов, работающих при комнатной температуре, на практике невозможно детектировать магнитный момент одиночной парамагнитной частицы размером в 5 микрон (титан, нержавейка и т.п.).
Совершенно иное дело - ферромагнитные частицы. Одиночные частицы такого размера ТОЛЬКО (подчеркиваю - только) по магнитному моменту детектировать возможно. Такие системы уже существуют в разнообразных видах и модификациях. Но главная часть в любой такой системе - постоянный магнит (чтобы получить сперва достаточно большой магнитный момент частицы, который потом уже и детектировать). Поэтому, если хочется детектировать именно магнитный момент, то надо начинать с габаритов и стоимости магнита, которые будут, в конечном итоге, практически полностью определять габариты и стоимость установки.

Спасибо.

Они из того же места, что и пара авторов упомянутой вами литературы. И опыт огромный.

Я не вполне глубоко еще разобрался с физикой ВТП. Когда Вы говорите о детектировании магнитного момента, Вы подразумеваете именно вихретоковый метод? Если я все правильно понимаю, в вихретоковом методе не применяют предварительное намагничивание.

Т.е. пытаться зафиксировать наличие парамагнитной (или любой неферромагнитной, а просто проводящей) частицы размером в 5 микрон любым неоптическим методом - это утопия?

в том методе, который Вы называете "вихретоковым", основной вклад вносит проводимость (причем, обе компоненты - реальная и мнимая),
а не магнитный момент. Поэтому для детектирования проводящих частиц этот традиционный метод приемлем, но для детектирования/разделения
магнитных проводящих частиц от немагнитных (но тоже проводящих) может применяться лишь при наличии значительного внешнего магнитного поля.
Физика дела проста, как валенок; достаточно вспомнить, из каких материалов делаются трансформаторы.

Спасибо за информацию. БУду пока осваивать "валенки"