電渦流位移傳感器基本原理

從轉子動力學、軸承學的理論上分析，大型旋轉機械的運動狀態，主要取決于其核心—轉軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測量轉軸的狀態，對諸如轉子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發生摩擦等機械問題的早期判定，可提供關鍵的信息。

根據法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，此電流叫電渦流，以上現象稱為電渦流效應。而根據電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。

電渦流位移傳感器系統中的前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數有關。

通常假定金屬導體材質均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導體系統的物理性質可由金屬導體的電導率б、磁導率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、電流強度I和頻率ω參數來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F（τ，ξ，б，D，I，ω）函數來表示。通常我們能做到控制τ，ξ，б，I，ω這幾個參數在一定范圍內不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數，雖然它整個函數是一非線性的，其函數特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。

于此，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體的距離D的變化轉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，電渦流位移傳感器就是根據這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。

按照電渦流在導體內的貫穿情況，傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類，但從基本工作原理上來說仍是相似的。

其工作過程是：當被測金屬與探頭之間的距離發生變化時，探頭中線圈的Q值也發生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經過檢波、濾波、線性補償、放大歸一處理轉化成電壓（電流）變化，最終完成機械位移（間隙）轉換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統中被測體可看作傳感器系統的一半，即一個電渦流位移傳感器的性能與被測體有關

電渦流位移傳感器的工作原理

當被測體（金屬）靠近磁場，那么此被測金屬表面產生感應電流，這個電渦流又產生一個與頭部線圈方向相反的交變磁場，這個磁場的反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位產生線圈的有效阻抗，此變化與金屬被測體的磁導率以及線圈的幾何形狀、尺寸、頻率及頭部線圈到導體的距離這些參數有關。

通過前置器電路板的處理，把線圈阻抗的變化轉化成電壓或電流的變化，輸出信號的大小隨探頭到被測金屬表面間的距離而變化，電渦流位移傳感器就是根據此原理實現對金屬物體的位移、振動等參數測量。也就是說當被測金屬與探頭之間的距離發生變化時，探頭中線圈的電勢值也發生變化，電勢值的變化引起振蕩的電壓幅度變化，而這個位移變化的振蕩電壓經過檢波和濾波、線性補償以及歸一處理，轉化為電壓、電流，最終完成位移轉換成。因此在電渦流位移傳感器工作中，被測體也可視作渦流傳感器系統的另一半，即電渦流位移傳感器的性能是與被測體有很大關系的。