电涡流位移传感器原理

电涡流位移传感器基本原理

从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。

根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

电涡流位移传感器系统中的前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F（τ，ξ，б，D，I，ω）函数来表示。通常我们能做到控制τ，ξ，б，I，ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。

于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化，输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流位移传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

按照电涡流在导体内的贯穿情况，传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。

其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移（间隙）转换成电压（电流）。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关

电涡流位移传感器的工作原理

当被测体（金属）靠近磁场，那么此被测金属表面产生感应电流，这个电涡流又产生一个与头部线圈方向相反的交变磁场，这个磁场的反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位产生线圈的有效阻抗，此变化与金属被测体的磁导率以及线圈的几何形状、尺寸、频率及头部线圈到导体的距离这些参数有关。

通过前置器电路板的处理，把线圈阻抗的变化转化成电压或电流的变化，输出信号的大小随探头到被测金属表面间的距离而变化，电涡流位移传感器就是根据此原理实现对金属物体的位移、振动等参数测量。也就是说当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的电势值也发生变化，电势值的变化引起振荡的电压幅度变化，而这个位移变化的振荡电压经过检波和滤波、线性补偿以及归一处理，转化为电压、电流，最终完成位移转换成。因此在电涡流位移传感器工作中，被测体也可视作涡流传感器系统的另一半，即电涡流位移传感器的性能是与被测体有很大关系的。