傳感器技術-第三章-3.5-電渦流式傳感器第一頁，共51頁。3.5.1工作原理線圈置于金屬導體附近：線圈中通以交變電流i1

i1產生正弦交變磁場H1金屬導體內就會產生渦流i2渦流i2產生反向電磁場H2反作用于線圈,導致線圈的電感、阻抗和品質因數變化第二頁，共51頁。電渦流效應演示

當電渦流線圈與金屬板的距離x減小時，電渦流線圈的等效電感L及感抗XL減小，但等效電阻R增大。由于感抗XL的變化比R的變化大得多，因此，流過線圈的電流i1增大。第三頁，共51頁。

線圈的電感、阻抗和品質因數的變化程度取決于線圈L的外形尺寸、線圈至金屬板的距離、金屬板材料的電阻率和磁導率

以及激勵電源的頻率等參數。

若控制上述參數中的一個發生變化，其余不變，就能構成測量該參數的傳感器。電渦流效應的等效電路如圖,導體中的電渦流等效為短路環中的電流I2。根據基爾霍夫定律得電壓平衡方程：第四頁，共51頁。由此可得線圈受金屬導體渦流影響后的等效阻抗：線圈受金屬導體渦流影響后的等效電感：線圈受金屬導體渦流影響后的品質因數：(3-69)(3-70)(3-71)三式均為M的非線性函數第五頁，共51頁。3.5.2結構類型高頻反射式第六頁，共51頁。采用高頻激勵，影響性能的因素有：線圈的結構尺寸、材料；框架的材料；所用電纜和插頭；被測導體的電導率、磁導率、大小、形狀、厚度等。（書P88）線圈框架3．框架襯套4．支架5．電纜6．插頭第七頁，共51頁。

線圈外徑大，線性范圍就大，但靈敏度低；線圈內徑和厚度的變化影響較小；第八頁，共51頁。

被測體的電導率高，靈敏度也高。磁導率相反，且磁性體比非磁性體的靈敏度低。

被測體表面鍍層性質和厚度不均勻將影響測量精度。

被測體的大小和形狀的影響：平面被測體的直徑不應小于線圈直徑的1.8倍；圓柱被測體直徑不應小于線圈直徑的3.5倍。

被測體厚度一般要大于0.2mm才不影響測量結果。第九頁，共51頁。2.低頻透射式(常用來測厚)線圈感應電勢與厚度關系曲線測厚的依據:u2的大小間接反映了材料M的厚度h（t為電渦流的貫穿深度）u2=f(h)(t為電渦流的貫穿深度)第十頁，共51頁。t大，則u2大要選擇變化率較大的曲線部分：測薄板時，h小，選t3，即激勵頻率要高；測厚板時，h大，選t1，即激勵頻率要低。U2與電渦流的貫穿深度t有關,其中ρ為被測材料的電阻率

f為激勵頻率。第十一頁，共51頁。結論：當被測材料的電阻率不同時，滲透深度的值也不相同，于是又引起u2－h曲線形狀的變化，為使測量不同的材料時所得到的曲線形狀相近，就需在變動ρ時保持t不變，這時應該相應地改變f。測ρ較小的材料(如紫銅)時，選用較低的頻率(500Hz);而測ρ較大的材料(如黃銅、鋁)時，則選用較高的頻率(2KHz)，從而保證傳感器在測量不同材料時的線性度和靈敏度的一致性。測量薄板時應選較高的頻率，測量厚材時應選較低的頻率。第十二頁，共51頁。3.5.3測量電路根據電渦流式傳感器的工作原理，針對被測參量可以轉換為電感、阻抗或Q值三種參數的變化，測量電路也有三種：諧振電路、電橋電路和Q值測試電路。本節只講解諧振電路。諧振電路的原理是將傳感器線圈和電容組成并聯諧振回路，則諧振時的頻率和阻抗為：

當傳感器電感L變化時，f和Z0均隨之改變。第十三頁，共51頁。1.定頻調幅電路晶體振蕩器提供頻率高度穩定的高頻激勵信號；R為耦合電阻；輸出高頻載波信號較小，高頻放大、檢波、濾波環節使輸出信號便于傳輸與測量；源極輸出器用于減小振蕩器的負載；線路復雜，裝調困難，線性范圍窄。第十四頁，共51頁。2.變頻調幅電路將傳感器接入電容三點式振蕩回路，當導體接近傳感器線圈時，由于渦流效應，振蕩器輸出電壓的幅度和頻率均變化，利用振蕩幅度的變化來檢測線圈與導體間的位移變化。結構簡單，靈敏度高，線性范圍寬。

3－46變頻調幅諧振曲線第十五頁，共51頁。3.調頻電路

與變頻調幅電路不同的是常以振蕩頻率的變化作為輸出信號。若以電壓作為輸出信號，則后接鑒頻器。關鍵：提高振蕩器的頻率穩定度，從環境溫度變化、電纜電容變化和負載影響三方面考慮。第十六頁，共51頁。

間距x的測量：如果控制上式中的i1、f、、、r不變，電渦流線圈的阻抗Z就成為間距x的單值函數，這樣就成為非接觸測量位移的傳感器。

多種用途：如果控制其他參數不變，就可以用來檢測與表面電導率ρ有關的表面溫度、表面裂紋等參數，或者用來檢測與材料磁導率有關的材料型號、表面硬度等參數。

3..5.4電渦流式傳感器的應用Z=g(i1、f、、ρ、r、x）第十七頁，共51頁。被測參數變換量特征位移、厚度、振動

（1）

非接觸測量，連續測量（2）

受剩磁的影響。表面溫度、電解質濃度、材質判別、速度（溫度）

（1）

非接觸測量，連續測量；（2）

對溫度變化進行補償應力、硬度

（1）

非接觸測量，連續測量；（2）

受剩磁和材質影響探傷

可以定量測量第十八頁，共51頁。1．位移測量(a)汽輪機主軸的軸向位移測量示意圖(b)磨床換向閥、先導閥的位移測量示意圖(c)金屬試件的熱膨脹系數測量示意圖上一頁下一頁返回第十九頁，共51頁。2．振幅測量(a)汽輪機和空氣壓縮機常用的監控主軸的徑向振動的示意圖(b)測量發動機渦輪葉片的振幅的示意圖(c)通常使用數個傳感器探頭并排地安置在軸附近上一頁下一頁返回第二十頁，共51頁。3．厚度測量

電渦流式厚度計的測量原理圖上一頁下一頁返回第二十一頁，共51頁。4．轉速測量f——頻率值(Hz)；n——旋轉體的槽(齒)數；N——被測軸的轉速(r／min)。上一頁下一頁返回第二十二頁，共51頁。5.渦流探傷

可以用來檢查金屬的表面裂紋、熱處理裂紋以及用于焊接部位的探傷等。綜合參數(x,ρ,μ)的變化將引起傳感器參數的變化，通過測量傳感器參數的變化即可達到探傷的目的。在探傷時導體與線圈之間是有著相對運動速度的，在測量線圈上就會產生調制頻率信號上一頁下一頁返回第二十三頁，共51頁。a)比較淺的裂縫信號b)經過幅值甄別后的信號在探傷時，重要的是缺陷信號和干擾信號比。為了獲得需要的頻率而采用濾波器，使某一頻率的信號通過，而將干擾頻率信號衰減。

上一頁返回用渦流探傷時的測量信號第二十四頁，共51頁。位移測量儀

位移測量包含：偏心、間隙、位置、傾斜、彎曲、變形、移動、圓度、沖擊、偏心率、沖程、寬度等等。來自不同應用領域的許多量都可歸結為位移或間隙變化。數顯位移測量儀及探頭第二十五頁，共51頁。4~20mA電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）第二十六頁，共51頁。齊平式電渦流位移傳感器外形（參考德國圖爾克公司資料）第二十七頁，共51頁。V系列電渦流位移傳感器外形（參考浙江洞頭開關廠資料）第二十八頁，共51頁。V系列電渦流位移傳感器性能一覽表

（摘自洞頭開關廠資料）

第二十九頁，共51頁。偏心和振動檢測第三十頁，共51頁。測量彎曲、波動、變形

對橋梁、絲桿等機械結構的振動測量，須使用多個傳感器。第三十一頁，共51頁。測量金屬薄膜、板材厚度電渦流測厚儀

測量冷軋板厚度第三十二頁，共51頁。測量封口機工作間隙間隙越大，電渦流越小第三十三頁，共51頁。測量注塑機開合模的間隙間距第三十四頁，共51頁。電渦流位移傳感器的距離

與輸出電壓特性曲線1—量程為10mm2—量程為16mm3—量程為20mm第三十五頁，共51頁。振動測量

用電渦流探頭、調幅法測量簡諧振動時，探頭的輸出波形。第三十六頁，共51頁。調頻法測量振動的波形第三十七頁，共51頁。振動測量

測量懸臂梁的振幅及頻率第三十八頁，共51頁。各種測量轉速的傳感器及其與齒輪的相對位置第三十九頁，共51頁。電動機轉速測量第四十頁，共51頁。鍍層厚度測量

由于存在集膚效應，鍍層或箔層越薄，電渦流越小。測量前，可先用電渦流測厚儀對標準厚度的鍍層和銅箔作出“厚度-輸出”電壓的標定曲線，以便測量時對照。

第四十一頁，共51頁。電渦流涂層厚度儀

第四十二頁，共51頁。電渦流式通道安全檢查門

安檢門的內部設置有發射線圈和接收線圈。當有金屬物體通過時，交變磁場就會在該金屬導體表面產生電渦流，會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據感應電壓的大小、相位來判定金屬物體的大小。在安檢門的側面還安裝一臺“軟x光”掃描儀，它對人體、膠卷無害，用軟件處理的方法，可合成完整的光學圖像。

第四十三頁，共51頁。安檢門演示當有金屬物體穿越安檢門時報警第四十四頁，共51頁。電渦流表面探傷

手持式裂紋測量儀油管探傷第四十五頁，共51頁。大直