電渦流傳感器用于壓電雙晶片微夾鉗的振動測量

隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和精密機械加工技術(shù)的發(fā)展,越來越多的微小零件被加工制造出來,需要通過裝配實現(xiàn)完整功能。壓電雙晶片微夾鉗在微裝配領(lǐng)域 有著廣泛應(yīng)用,其夾持對象一般為幾何尺寸在10 m～1 mm范圍的微小型結(jié)構(gòu)件。由于夾持對象尺寸小,結(jié)構(gòu)易被損壞,微夾鉗必須具有夾持力檢測對象功能用以監(jiān)控操作過程中零件所受夾持力大小,并以此作為反饋進 行對微夾鉗張合量的控制。

這樣的微夾鉗的振動位移是非常小的，一般也就是是微米到幾十微米的變化，對于選擇測量的儀器就必須要有高精度的儀器，一般選擇傳感器的精度原則都是選擇比要求小一個數(shù)量極的，也就是選納米級的傳感器最好。

壓電雙晶片微夾鉗

我們選擇了納米級的電渦流傳感器KD5100，我們將兩個探頭安裝在被測物振動方向的兩端，測量夾持器的來回振動：如下圖

探頭安裝的位置示意圖

電渦流傳感器KD5100其采用差動測量方式：兩個精確匹配的傳感器被放置在被測物平臺兩側(cè)，這兩個傳感器組成了平衡橋電路相反的兩端，這個結(jié)構(gòu)提供了極好的線性和熱穩(wěn)定性，所以其輸出準確地記錄了線性的最微小移動，分辨率高達1nm。

產(chǎn)品特點：

每通道兩個精確匹配的傳感器使分辨率達到1nm;

超耐熱，長時間穩(wěn)定：1.27x10-4mm/月或更好;有耐低溫傳感器;

非常高的靈敏度，最高到394 mV/μm;

低功耗：小于2W(±15 Vdc典型情況下)

電渦流傳感器工作原理：電渦流效應(yīng)

當(dāng)接通傳感器系統(tǒng)電源時，在前置器內(nèi)會產(chǎn)生一個高頻信號，該信號通過電纜送到探頭的頭部，在頭部周圍產(chǎn)生交變磁場H1。如果在磁場H1的范圍沒有金屬導(dǎo)體接近，則發(fā)射到這一范圍內(nèi)的能量都會被釋放;反之，如果有金屬導(dǎo)體接近探頭頭部，則交變磁場H1將在導(dǎo)體的表面產(chǎn)生電渦流場，該電渦流場也會產(chǎn)生一個方向與H1相反的交變磁場H2。由于H2的反作用，就會改變探頭頭部線圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線圈的有效阻抗。這種變化與電渦流效應(yīng)有關(guān)，也與靜磁學(xué)效應(yīng)有關(guān)(與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離參數(shù)有關(guān))。假定金屬導(dǎo)體是均質(zhì)的，其性能是線形和各向同性的，則線圈——金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的磁導(dǎo)率u、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r、線圈與金屬導(dǎo)體距離δ線圈激勵電流I和頻率ω等參數(shù)來描述。因此線圈的阻抗可用函數(shù)Z=F(u，σ，r，δ，I，ω)來表示。 如果控制u，σ，r，I，ω恒定不變，那么阻抗Z就成為距離的單值函數(shù)，由麥克斯韋爾公式，可以求得此函數(shù)為一非線形函數(shù)，其曲線為“S”型曲線，在一定范圍內(nèi)可以近似為一線形函數(shù)。通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離δ的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。