電渦流式傳感器電渦流傳感器是一種能將機(jī)械位移，振幅和轉(zhuǎn)速等參量轉(zhuǎn)換成電信號輸出的非電量電測裝置。它由探頭，變換器，連接電纜及被測導(dǎo)體組成，是實(shí)現(xiàn)非接觸測量的理想工具。其最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測量，具有靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、頻率響應(yīng)寬、體積小等特點(diǎn)，因此在工業(yè)測量領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。一、基本工作原理當(dāng)金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流就像水中的漩渦那樣，在導(dǎo)體內(nèi)部形成閉合回路，我們通常稱之為電渦流，稱這種現(xiàn)象為渦流效應(yīng)。電渦流傳感器就是在渦流效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立起來的。圖1電渦流式傳感器基本原理示意圖1—傳感線圈；2—金屬導(dǎo)體圖1電渦流式傳感器基本原理示意圖1—傳感線圈；2—金屬導(dǎo)體MR2U1圖2等效電路電渦流傳感器的基本原理如圖1所示。一個通有交變電流11的傳感線圈，由于電流的周期性變化，在線圈周圍就產(chǎn)生了一個交變磁場H1。如被測導(dǎo)體置于該磁場范圍之內(nèi)，被測導(dǎo)體便產(chǎn)生渦流12,電渦流也將產(chǎn)生一個新的磁場H2，"2和"1方向相反，由于磁場"2的反作用使通電線圈的等效阻抗發(fā)生變化。當(dāng)金屬導(dǎo)體靠近線圈時，金屬導(dǎo)體產(chǎn)生渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率P、磁導(dǎo)率H、厚度t、線圈與金屬導(dǎo)體間的距離S以及線圈激勵電流的大小和角頻率①等參數(shù)有關(guān)。如固定其中某些參數(shù)，就能按渦流的大小測量出另外一些參數(shù)。為了簡化問題，我們把金屬導(dǎo)體理解為一個短路線圈，并用氣表示這個短路線

圈的電阻；用七表示它的電感；用M表示它與空心線圈之間的互感；再假設(shè)電渦流空心線圈的電阻與電感分別為R1和L1，就可畫出如圖2所示的等效電路。,Z,Z=UI1(c ?2M2)[Ri+R2(c ?2M2)[Ri+R2EKJ22+j?L ?LI1R2+①2L2 :22式中R一電渦流線圈工作時的等效電阻;L一電渦流線圈工作時的等效電感。由上式可知，等效電阻、等效電感都是此系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函數(shù)。因此，只有當(dāng)測距范圍較小時才能保證一定的線性度。凡是能引起渦流變化的非電量，例如金屬的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈與導(dǎo)體間的距離等，均可通過測量線圈的等效電阻、等效電感、等效阻抗來獲得，這就是電渦流式傳感器的工作原理。二、電渦流傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域電渦流傳感器主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域。1、 位移測量電渦流傳感器可用來測量各種形狀金屬導(dǎo)體試件的位移量。如汽輪機(jī)主軸的軸向位移、磨床換向閥及先導(dǎo)閥的軸位移和金屬試件的熱膨脹系數(shù)、鐵軌的橫向位移等。2、 振幅測量電渦流式傳感器可以無接觸地測量旋轉(zhuǎn)軸的徑向振動，也可以測量汽輪機(jī)渦輪葉片的振幅。有時為了解軸的振動形狀，可用數(shù)個電渦流傳感器并排地安置在附近車輛。3、 轉(zhuǎn)速測量在旋轉(zhuǎn)體上開一條或數(shù)條槽做成齒狀，旁邊安裝一個電渦流式傳感器，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，傳感器周期地改變著與轉(zhuǎn)軸之間的距離，于是它的輸出也周期性的發(fā)生變化。此輸出信號經(jīng)放大、變換后，可以用頻率計(jì)測出其變化頻率，從而測出轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，若轉(zhuǎn)軸上開z個槽，頻率計(jì)讀數(shù)為f（單位為Hz），則轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速n（單位為r/min）的數(shù)值為n=60^。z4、 電渦流探傷利用電渦流式傳感器可以檢查金屬表面裂紋、熱處理裂紋以及焊接處的缺陷等。在探傷時，傳感器與被測導(dǎo)體保持距離不變。檢測時，由于裂陷出現(xiàn)出現(xiàn)，將引起導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率的變化，即渦流損耗改變，從而引起輸出電壓的突變，達(dá)到探傷的目的。此外，電渦流式傳感器還可以探測金屬表面溫度、表面粗糙度、硬度、進(jìn)行尺寸檢測等，并且可以利用渦流成像來探測金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時也可以制成開關(guān)量輸出的檢測元件，例如應(yīng)用較廣的接近開關(guān)及用于金屬零件的計(jì)數(shù)等。三、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和研究方向研究現(xiàn)狀：早在50年代，國外就研制出了以阻抗分析法為原理的渦流儀器。我國起步較晚，近年來，我國在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和三維缺陷阻抗圖的研究方面取得令人樂觀的實(shí)際結(jié)果，已接近發(fā)達(dá)國家的研究水平，推動了我國渦流檢測理論的發(fā)展。目前電渦流主要涉及到如下技術(shù)：1、 阻抗平面顯示技術(shù)渦流檢測時，被檢件多種參數(shù)對線圈阻抗的影響效果的差異既反映在幅值變化上，也表現(xiàn)在相位滯后效應(yīng)上。若在熒光屏上能顯示出阻抗曲線圖，給出被檢件信號的大小信息和相位信息，從而鑒別出干擾及有用信號。2、 多渦流檢測技術(shù)多頻律多通道技術(shù)采用幾個頻率同時工作，能成功地抑制多個干擾因素，提取有用信號。3、 遠(yuǎn)場渦流技術(shù)遠(yuǎn)場渦流技術(shù)是一種能穿過金屬管壁的低頻渦流檢測技術(shù)。當(dāng)用一個激勵線圈和一個距激勵線圈約二倍直徑的較小的測量線圈同時放入被檢管內(nèi)，測量線圈能有效地接收穿過管壁后返回管內(nèi)的磁場，從而檢測管子內(nèi)壁缺陷和腐蝕。4、 深層渦流技術(shù)集膚效應(yīng)使渦流檢測僅局限于檢測表面和近表面的缺陷，而提高渦流檢測深度一直是重要的研究課題。深層渦流技術(shù)實(shí)際上是低頻渦流和多頻渦流技術(shù)結(jié)合的成果。即采用較低工作頻率來增大渦流滲透深度，用多個頻率工作來抑制不需要的信息而提取有用的檢測信號，從而達(dá)到探測較深部位缺陷的目的。未來發(fā)展：1、渦流檢測探頭是檢測設(shè)備的關(guān)鍵器件，目前，在有關(guān)探頭設(shè)計(jì)的理論研究尚不充分，探頭的制作多是憑經(jīng)驗(yàn)或依據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。通過理論分析來進(jìn)行探頭參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是很重要的研究課題。2、 大力研究和發(fā)展成像技術(shù)。如在管材探傷中，用多頻技術(shù)提取管內(nèi)外表面及內(nèi)部缺陷渦流信號，并利用微機(jī)對不同渦流信號的圖像進(jìn)行分析與識別，然后在熒光屏上顯示的管子截面圖中準(zhǔn)確地表示出來。目前，國外這方面研究成果的報(bào)道比較多。國內(nèi)亦有各種C掃描成像裝置的應(yīng)用，但需要進(jìn)一步的研究，以圖在缺陷性定量分析上有所發(fā)展。3、 隨著我國石油、天然氣、電力等工程建設(shè)的發(fā)展，管道檢測必將引起人們的高度重視。由于遠(yuǎn)場渦流技術(shù)對管子（特別是鐵磁性管子）內(nèi)部缺陷的檢測很靈敏，是各種長距離管道維修檢查的有效方法?？梢灶A(yù)見，遠(yuǎn)場技術(shù)的研究和應(yīng)用在我國將得到進(jìn)一步的發(fā)展。4、 渦流方法對金屬材料表面電磁性能非常敏感，通過對金屬材料表面渦流效應(yīng)與材料表面性能之間關(guān)系的研究分析，可實(shí)現(xiàn)金屬材料表面