电涡流传感器工作原理及广泛应用

电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器的原理是，通过电涡流效应的原理，准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面的相对位置，其特点是长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及预维修。

原理

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（与金属是否块状无关，且切割不变化的磁场时无涡流），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。

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。

电涡流传感器现在应用非常的广泛，尤其是电涡流速度传感器。他的外形与普通螺栓十分类似，其头部有扁平的感应线圈，将其固定在不锈钢螺栓的一端，感应线圈的引线通过螺栓另一端与高频电缆相连接。

由于电涡流传感器采用非接触测量、灵敏度度高、长期工作可靠性好、抗干扰能力强、不受油污、响应速度块、蒸汽等介质影响，因此常被应用于电力、钢铁、石化等行业的大型旋转机械的轴向位移、摆度、轴振动、转速等参数的长期实时监测。

电涡流速度传感器是一种非接触式的线性化测量工具。它建立在涡流效应的原理上，不但可以实现非接触地测量物体表面为金属导体的多种物理量，也可用于无损探伤。并且，它具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响等优点,主要作用于大型旋转机械在线状态监测与故障诊断中。

当头部感应线圈接上高频电流时，线圈周围就产生了高频磁场;如其周围有金属导体，便会在金属表面产生感应电流，即电涡流。根据楞次定律，电涡流产生的电磁场与感应线圈的电磁场方向相反，这两个磁场相互叠加，改变了感应线圈的阻抗。当金属导体结构均匀、各向同性且导磁系数、电导率、线圈尺寸因子、励磁电流、励磁电流与频率一定时，感应线圈阻抗的变化是感应线圈与金属导体之间距离的单值函数。如果导磁系数、电导率、线圈尺寸因子、励磁电流、励磁电流圆频率一定时，增大线圈尺寸，磁场分布范围将增大，但感应磁场强度的变化幅度变小，反之则相反。因此这种速度传感器的线性范围随感应线圈直径的增大而加大，而传感器灵敏度随感应线圈直径的增大而减小。

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