電渦流位移傳感器的工作原理
電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量被測體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動機(jī)械狀態(tài)分析，振動研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動、位移信號，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到轉(zhuǎn)子振動狀態(tài)的多種參數(shù)。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。電渦流傳感器以其*工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。
嚴(yán)格來講，電渦流位移傳感器測量原理應(yīng)該屬于一種電感式測量原理。電渦流效應(yīng)源自振蕩電路的能量。而電渦流需要在可導(dǎo)電的材料內(nèi)才可以形成。給傳感器探頭內(nèi)線圈提供一個(gè)交變電流，可以在傳感器線圈周圍形成一個(gè)磁場。如果將一個(gè)導(dǎo)體放入這個(gè)磁場，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體內(nèi)會激發(fā)出電渦流。根據(jù)楞茲定律，電渦流的磁場方向與線圈磁場正好相反，而這將改變探頭內(nèi)線圈的阻抗值。而這個(gè)阻抗值的變化與線圈到被測物體之間的距離直接相關(guān)。
電渦流位移傳感器探頭連接到控制器后，控制器可以從傳感器探頭內(nèi)獲得電壓值的變化量，并以此為依據(jù)，計(jì)算出對應(yīng)的距離值。電渦流測量原理可以運(yùn)用于所有導(dǎo)電材料。由于電渦流可以穿透絕緣體，即使表面覆蓋有絕緣體的金屬材料，也可以作為電渦流位移傳感器的被測物體。*的圈式繞組設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)傳感器外形ji致緊湊的同時(shí)，可以滿足其運(yùn)轉(zhuǎn)于高溫測量環(huán)境的要求。
電渦流位移傳感器可以承受有灰塵，潮濕，油污和壓力的測量環(huán)境。盡管如此，電渦流位移傳感器的使用也有一些限制。舉例來講，對于不同的應(yīng)用，都需要做相應(yīng)的線性度校準(zhǔn)。而且，傳感器探頭的輸出信號也會受被測物體的電氣和機(jī)械性能影響。然而，正是這些使用過程中的限制電渦流位移傳感器擁有達(dá)到納米級別的分辨率。目前，電渦流位移傳感器可以滿足100μm到100mm的測量量程。根據(jù)量程的不同，安裝空間也可以達(dá)到2mm到140mm的范圍。
電渦流位移傳感器被用來控制不同的運(yùn)動，監(jiān)控液位，檢查產(chǎn)品質(zhì)量以及其他很多應(yīng)用。傳感器經(jīng)常被應(yīng)用于非常惡劣的環(huán)境，例如油污，熱蒸汽或者劇烈波動的溫度。一些傳感器還要在振動部件上使用，在強(qiáng)電磁場內(nèi)或者需要離開被測物體一定的距離使用。對一些重要的應(yīng)用，還需要對精度，溫度穩(wěn)定性，分辨率和截止頻率提出要求。針對這些限制，不同的測量原理各有優(yōu)劣。這也意味著沒有統(tǒng)一的優(yōu)化測量原理的方法。
電渦流位移傳感器的工作原理：
電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面距離。它是一種非接觸的線性化計(jì)量工具。電渦流傳感器能準(zhǔn)確測量被測體（必須是金屬導(dǎo)體）與探頭端面之間靜態(tài)和動態(tài)的相對位移變化。在高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械和往復(fù)式運(yùn)動機(jī)械狀態(tài)分析，振動研究、分析測量中，對非接觸的高精度振動、位移信號，能連續(xù)準(zhǔn)確地采集到轉(zhuǎn)子振動狀態(tài)的多種參數(shù)。如軸的徑向振動、振幅以及軸向位置。電渦流傳感器以其*工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。
從轉(zhuǎn)子動力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)動狀態(tài)，主要取決于其核心—轉(zhuǎn)軸，而電渦流傳感器，能直接非接觸測量轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，對諸如轉(zhuǎn)子的不平衡、不對中、軸承磨損、軸裂紋及發(fā)生摩擦等機(jī)械問題的早期判定，可提供關(guān)鍵的信息。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。而根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。
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(chǎn)生交變的磁場。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，與此同時(shí)該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)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(dǎo)率、電導(dǎo)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(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強(qiáng)度I和頻率ω參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用Z=F（τ， ξ， б， D， I， ω）函數(shù)來表示。
通常我們能做到控制τ， ξ， б， I， ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)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(dǎo)體的距離D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(shí)現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。
其工作過程是：當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，zui終完成機(jī)械位移（間隙）轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測體有關(guān)。
按照電渦流在導(dǎo)體內(nèi)的貫穿情況，此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。電渦流式傳感器zui大的特點(diǎn)是能對位移、厚度、表面溫度、速度、 應(yīng)力、材料損傷等進(jìn)行非接觸式連續(xù)測量，另外還具有體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。
