項目5：電渦流式傳感器與應用單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

目錄項目導入結構原理測量電路應用單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

PART01項目導入簡介提問：安全檢查門的工作原理？當有金屬物體穿越安檢門時報警單擊此處編輯母版文本樣式第二級第三級第四級第五級

PART02結構原理簡介

電渦流傳感器具有結構簡單，頻率響應范圍寬，靈敏度高，測量范圍大，抗干擾能力強等優點，特別是它可以實現非接觸式測量，因此在工業生產和科學技術的各個領域中得到廣泛的應用。應用電渦流式傳感器可實現位移、振動、厚度、轉速、應力、硬度等多種物理量的測量，也可用于無損探傷。電渦流式傳感器電渦流傳感器能靜態和動態地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器能準確測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面之間靜態和動態的相對位移變化。1.線圈2.框架3．框架襯套4．支架5．電纜6．插頭電渦流傳感器的的結構

金屬導體被置于變化著的磁場中，或在固定磁場中運動時，導體內會產生感應電流，該感應電流被稱為電渦流或渦流，這種現象被稱為渦流效應。電渦流傳感器就建立在這種渦流效應的基礎上。圖電渦流傳感器的工作原理圖電渦流傳感器的工作原理

當導體置于變化的磁場中或在固定磁場中運動時，導體內都要產生感應電動勢形成電流，這種電流在導體內閉合的，稱為渦流。穿透深度式中,ρ——導體電阻率(Ω·cm)；

r——導體相對磁導率；?——交變磁場頻率(Hz)。電渦流傳感器的工作原理

高頻電流通過勵磁線圈，產生交變磁場，在鐵質鍋底會產生無數的電渦流，使鍋底自行發熱，燒開鍋內的食物。電渦流傳感器的工作原理

電渦流式傳感器原理圖（a）傳感器激勵線圈;（b）被測金屬導體根據法拉第定律，當傳感器線圈通以正弦交變電流I1時，線圈周圍空間必然產生正弦交變磁場H1，使置于此磁場中的金屬導體中感應電渦流I2，I2又產生新的交變磁場H2。根據愣次定律，H2的作用將反抗原磁場H1，由于磁場H2的作用，渦流要消耗一部分能量，導致傳感器線圈的等效阻抗發生變化。線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬導體的電渦流效應。電渦流傳感器的工作原理

等效電路R2為電渦流短路環等效電阻；h為電渦流的深度()；為被測體的電阻率；ra為短路環的外半徑；ri為短路環的內半徑。線圈等效阻抗等效為一個短路環電渦流傳感器的工作原理

電渦流影響，線圈復阻抗的實部(等效電阻)增大、虛部(等效電感)減小，線圈的等效品質因數下降由基爾霍夫電壓定律電渦流傳感器的工作原理

142.渦流的分布和強度渦流的分布：因為金屬存在集膚效應，電渦流只存在于金屬導體的表面薄層內,存在一個渦流區，實際上渦流的分布是不均勻的。渦流區內各處的渦流密度不同，存在徑向分布和軸向分布radialdistributionandaxialdistribution。電渦流傳感器的工作原理

15徑向分布(radialdistribution)：

渦流范圍與渦流線圈外徑有一固定比例關系，線圈外徑確定后渦流范圍也就確定了。線圈外徑處，r=ros金屬渦流密度最大；線圈中心處，r=0渦流密度為零(j=0)；r<0.4ros處（以內）基本沒有渦流；r=1.8ros線圈外徑處渦流密度衰減到最大值的5%。渦流密度最大值在線圈外徑附近一個狹窄區域內金屬扁平線圈渦流區r/ros1hrosj電渦流傳感器的工作原理

16軸向分布(axialdistribution)由于集膚效應渦流只在表面薄層存在，沿磁場H方向（軸向）也是分布不均勻的。距離金屬表面Z處渦流按指數規律衰減；h——集膚深度j0——金屬表面渦流密度(最大）jz——金屬表面距離Z處的渦流JzJo/ehz電渦流傳感器的工作原理

電渦流傳感器種類

在電渦流傳感器中，磁場變化頻率越高，渦流集膚效應越顯著，即渦流穿透深度愈小。所以，電渦流傳感器根據激勵頻率高低，可以分為高頻反射式或低頻透射式兩大類。1.高頻反射式電渦流傳感器高頻反射式電渦流傳感器電渦流傳感器的分類

它由一個扁平線圈固定在框架上構成。線圈用高強度漆包銅線或銀線、錸鎢合金繞制而成，用膠黏劑黏在框架端部或繞制在框架內。線圈框架常用高頻陶瓷、聚酰亞胺、環氧玻璃纖維、氮化硼和聚四氟乙烯等損耗小、電性能好、熱膨脹系數小的材料。由于激勵頻率較高，對所用電纜與插頭要充分重視。電渦流傳感器的線圈與被測金屬導體間是磁性耦合，電渦流傳感器是利用這種耦合程度的變化來進行測量的。因此，被測物體的物理性質，以及它的尺寸和形狀都與總的測量裝置有關。一般被測物體的電導率越高，靈敏度也越高。磁導率則相反，當被測物為磁性體時，靈敏度較非磁性體低，而且被測體若有剩磁，將影響測量結果，因此應予消磁。電渦流傳感器的分類

2.低頻透射式電渦流傳感器低頻透射式電渦流傳感器

低頻透射式與高頻反射式的區別在于它采用低頻激勵，貫穿深度大，適用于測量金屬材料的厚度。其工作原理如圖5.36所示。低頻透射式電渦流傳感器有兩個線圈，一個是發射線圈L1，在其上加入電壓產生磁場。另一個是接收線圈L2，用以感應電動勢。

電渦流傳感器的分類

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PART03測量電路簡介

測量電路

根據電渦流傳感器的基本原理可知，被測量的變化被傳感器轉化為等效阻抗Z的變化。測量電路是把線圈阻抗Z的變化轉換為電壓或電流輸出。1.調幅調頻式測量電路

如下圖所示為調頻調幅式測量電路，由電容三點式振蕩器、檢波器和射極跟隨器3部分組成。電渦流傳感器的測量電路

222．調幅式（AM）電路石英振蕩器產生穩頻、穩幅高頻振蕩電壓（100kHz～1MHz）用于激勵電渦流線圈。金屬材料在高頻磁場中產生電渦流，引起電渦流線圈端電壓的衰減，再經高放、檢波、低放電路，最終輸出的直流電壓Uo反映了金屬體對電渦流線圈的影響）。電渦流傳感器的測量電路

調頻調幅式測量電路電渦流傳感器的測量電路

2．調頻（FM）式電路（100kHz～1MHz）當電渦流線圈與被測體的距離x改變時，電渦流線圈的電感量L也隨之改變，引起LC振蕩器的輸出頻率變化，此頻率可直接用計算機測量。如果要用模擬儀表進行顯示或記錄時，必須使用鑒頻器，將

f轉換為電壓

Uo。

電渦流傳感器的測量電路

2.調頻式測量電路

如下圖所示，調頻電路與變頻調幅電路一樣，將傳感器線圈接入電容三點式振蕩回路，但不同的是，它以振蕩頻率的變化作為輸出信號。如欲以電壓作為輸出信號，則應后接鑒頻器。電渦流傳感器的測量電路

調頻式測量電路電渦流傳感器的測量電路

3.電橋電路

如圖3.39所示為電橋法的原理圖，圖中線圈A和B為傳感器線圈。電橋法原理圖

靜態時，電橋平衡，橋路輸出UAB＝0。工作時，傳感器接近被測體，電渦流效應等效電感L發生變化，測量電橋失去平衡，即UAB≠0，經線性放大后送檢波器檢波后輸出直流電壓U。

電渦流傳感器的測量電路

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PART04典型應用簡介①測量尺寸、間歇、厚度等位移量（a）尺寸測量 （b）間歇測量 （c）厚度測量

位移量測量電渦流傳感器的典型應用

當金屬板的厚度變化時，傳感器與金屬板間距離改變，從而引起輸出電壓的變化。由于在工作過程中金屬板會上下波動，這將影響其測量精度，因此常用比較的方法測量，在板的上下各安裝一個電渦流式傳感器，如圖5.40所示，其距離為D，而它們與板的上下表面分別相距為d1和d2，這樣板厚h為：

電渦流傳感器的典型應用

板厚度檢測

當兩個傳感器在工作時分別測得d1和d2，轉換成電壓值后送加法器，相加后的電壓值再與兩傳感器間距離D相應的設定電壓相減，則就得到與板厚相對應的電壓值。電渦流傳感器的典型應用

Lll1l2加法器傳感器1傳感器2電渦流傳感器的典型應用

②轉速測量

（a）測速原理圖 （b）波形圖

轉速測量

電渦流傳感器的典型應用

工作原理：（2）當軸轉動時，渦流傳感器將周期性地改變輸出信號，該電壓信號經放大、整形后，可以用頻率計指示輸出頻率值。轉速與頻率和槽數成正比。（1）在轉軸上開一個或多個鍵槽，靠近軸表面安裝一個渦流傳感器；這種轉速傳感器可實現非接觸式測量,抗污染能力很強,可安裝在旋轉軸近旁長期對被測轉速進行監視。最高測量轉速可達600000r/min(轉/分)。

電渦流傳感器的典型應用

圖中所示為電渦流式轉速傳感器工作原理圖。在軟磁材料制成的輸入軸上加工一鍵槽，在距輸入表面d0處設置電渦流傳感器，輸入軸與被測旋轉軸相連電渦流式轉速傳感器工作原理圖電渦流傳感器的典型應用

當被測旋轉軸轉動時，電渦流傳感器與輸出軸的距離變為d0+Δd。由于電渦流效應，使傳感器線圈阻抗隨Δd的變化而變化，這種變化將導致振蕩諧振回路的品質因數發生變化，它們將直接影響振蕩器的電壓幅值和振蕩頻率。因此，隨著輸入軸的旋轉，從振蕩器輸出的信號中包含有與轉速成正比的脈沖頻率信號。該信號由檢波器檢出電壓幅值的變化量，然后經整形電路輸出頻率為fn的脈沖信號。該信號經電路處理便可得到被測轉速。特點：可實現非接觸式測量，抗污染能力很強。最高測量轉速可達60萬r/min。

電渦流傳感器的典型應用

電渦流傳感器的典型應用

③安全門（a）安全門實物圖 （b）安全門報警示意圖

電渦流傳感器的典型應用

電渦流式通道安全檢查門

安全檢測門廣泛應用于機場、海關、監獄、造幣廠等重要場所，可以有效地探測出槍支、匕首等金屬武器及其它大件金屬物品。安檢門的密封門框內裝有相互垂直的發射線圈和接收線圈，10kHz音頻信號通過兩支發射線圈產生交變磁場，六支接收線圈分布在門兩側的上、中、下部位，形成六個探測區。一旦有金屬物品，就會在接收線圈中感應出電壓，計算機根據感應電壓的大小和相位來判斷金屬物品的大小。

電渦流傳感器的典型應用

1—指示燈；2—隱蔽的金屬物體；3—內藏式電渦流線圈；4—X光及中子探測器圖像處理系統；5—顯示器圖5.41電渦流式通道安全檢查門簡圖電渦流傳感器的典型應用

電渦流傳感器的典型應用

④金屬探傷

掌上型電渦流探傷儀檢測飛機裂紋電渦流傳感器的典型應用

電渦流傳感器的典型應用

電渦流探傷用來測試金屬材料的表面裂紋、熱處理裂痕、以及焊接部位的探傷等。探傷時，使傳感器與被測物體距離保持不變。當有裂紋出現時，金屬導電