电涡流式传感器

    电涡流式是一种建立在涡流效应原理上的传感器。
    电涡流式传感器可以实现非接触地测量物体表面为金属导体的多种物理量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器也可用于无损探伤。
    电涡流式传感结构简单、宽、灵敏度高、测量范围大、抗干忧能力强，特别是有非接触测量的优点，因此在工业生产和科学技术的各个领域中得到了广泛的应用。  
一、
    当通过金属体的过变化时，就会在导体中产生感生，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必然要消耗一部分能量，从而使产生磁场的线圈发生变化，这一物理现象称为涡流效应。电涡流式传感器是利用涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化而进行测量的。
    如图4.3.1所示，一个扁平线圈置于金属导体附近，当线圈中通有交变电流I1时，线圈周围就产生一个交变磁场H1。置于这一磁场中的金属导体就产生电涡流I2，电涡流也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，因而抵消部分原磁场，使通电线圈的有效阻抗发生变化。
    一般讲，线圈的阻抗变化与导体的、磁导率、几何形状，线圈的几何参数，激励电流以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参恒定不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。
                
                       图4.3.1 电涡流传感器原理图                图4.3.2 电涡流传感器等效图
    我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图4.3.2的等效电路。图中R₁、L₁为传感器线圈的和。短路环可以认为是一匝短路线圈，其为R₂、为L₂。线圈与导体间存在一个M，它随线圈与导体间距的减小而增大。
    根据等效电路可列出电路方程组：
    通过解方程组，可得I₁、I₂。
因此传感器线圈的复阴抗为： （4-3-1）
线圈的等效电感为 ： （4-3-2）
由式（4-3-1）和（4-3-2）可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而改变的。