傳感器探頭里有小型線(xiàn)圈，由控制器控制產(chǎn)生震蕩電磁場(chǎng)，當接近被測體時(shí)，被測體表面會(huì )產(chǎn)生感應電流，而產(chǎn)生反向的電磁場(chǎng)。這時(shí)電渦流傳感器根據反向電磁場(chǎng)的強度來(lái)判斷與被測體之間的距離。注意：電渦流傳感器要求被測體必須是導體。

 

　　

 

 

 

當接通傳感器系統電源時(shí)，在前置器內會(huì )產(chǎn)生一個(gè)高頻信號，該信號通過(guò)電纜送到探頭的頭部，在頭部周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)H1。

　　

如果在磁場(chǎng)H1的范圍沒(méi)有金屬導體接近，則發(fā)射到這一范圍內的能量都會(huì )被釋放；反之，如果有金屬導體接近探頭頭部，則交變磁場(chǎng)H1將在導體的表面產(chǎn)生電渦流場(chǎng)，該電渦流場(chǎng)也會(huì )產(chǎn)生一個(gè)方向與H1相反的交變磁場(chǎng)H2。

　　

由于H2的反作用，就會(huì )改變探頭頭部線(xiàn)圈高頻電流的幅度和相位，即改變了線(xiàn)圈的有效阻抗。這種變化與電渦流效應有關(guān)，也與靜磁學(xué)效應有關(guān)（與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀、線(xiàn)圈幾何參數、激勵電流頻率以及線(xiàn)圈到金屬導體的距離參數有關(guān)）。

 

　　

 

假定金屬導體是均質(zhì)的，其性能是線(xiàn)形和各向同性的，則線(xiàn)圈——金屬導體系統的磁導率u、電導率σ、尺寸因子r、線(xiàn)圈與金屬導體距離δ線(xiàn)圈激勵電流I和頻率ω等參數來(lái)描述。因此線(xiàn)圈的阻抗可用函數Z=F（u，σ，r，δ，I，ω）來(lái)表示。

　　

如果控制u，σ，r，I，ω恒定不變，那么阻抗Z就成為距離的單值函數，由麥克斯韋爾公式，可以求得此函數為一非線(xiàn)形函數，其曲線(xiàn)為“S”型曲線(xiàn)，在一定范圍內可以近似為一線(xiàn)形函數。

　　

通過(guò)前置器電子線(xiàn)路的處理，將線(xiàn)圈阻抗Z的變化，即頭部體線(xiàn)圈與金屬導體的距離δ的變化轉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這一原理實(shí)現對金屬物體的位移、振動(dòng)等參數的測量。

 

　　

 

一般來(lái)說(shuō)，傳感器線(xiàn)圈的阻抗、電感和品質(zhì)因數的變化與導體的幾何形狀、導電率和磁導率有關(guān)。也與線(xiàn)圈的幾何參數、電流的頻率以及線(xiàn)圈到被測導體間距有關(guān)。

　　

如果控制上述參數中的一個(gè)參數改變，其余的不變，那么就可以構成測位移、測溫度、測硬度等的各種傳感器。

　　

 

 

 

 

 

電渦流式傳感器結構比較簡(jiǎn)單，主要由一個(gè)安置在探頭殼體的扁平圓形線(xiàn)圈構成。

　　

　　

電渦流傳感器通過(guò)電渦流效應原理，準確測量被測體與探頭端面的相對位置，其特點(diǎn)是長(cháng)期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強、非接觸測量、響應速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對大型旋轉機械的軸位移、軸振動(dòng)、軸轉速等參數進(jìn)行長(cháng)期實(shí)時(shí)監測，可以分析出設備的工作狀況和故障原因，有效地對設備進(jìn)行保護及預維修。

 

1、電渦流位移傳感器能測量被測體(必須是金屬導體)與探頭端面的相對位置。

　　

2、電渦流位移傳感器長(cháng)期工作可靠性好、靈敏度高、抗干擾能力強、非接觸測量、響應速度快、不受油水等介質(zhì)的影響，常被用于對大型旋轉機械的軸位移、軸振動(dòng)、軸轉速等參數進(jìn)行長(cháng)期實(shí)時(shí)監測，可以分析出設備的工作狀況和故障原因，有效地對設備進(jìn)行保護及進(jìn)行預測性維修。

　　

3、從轉子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，大型旋轉機械的運行狀態(tài)主要取決于其核心——轉軸，而電渦流位移傳感器能直接測量轉軸的狀態(tài)，測量結果可靠、可信。

　　

　　

按照電渦流在導體內的貫穿情況,此傳感器可分為高頻反射式和低頻透射式兩類(lèi),但從基本工作原理上來(lái)說(shuō)仍是相似的。

　　

 

　　

 

高頻(>lMHz)激勵電流，產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)作用于金屬板的表面，由于集膚效應，在金屬板表面將形成渦電流。與此同時(shí)，該渦流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)又反作用于線(xiàn)圈，引起線(xiàn)圈自感L或阻抗ZL的變化，其變化與距離、金屬板的電阻率ρ、磁導率μ、激勵電流i，及角頻率ω等有關(guān)，若只改變距離δ而保持其他系數不變，則可將位移的變化轉換為線(xiàn)圈自感的變化，通過(guò)測量電路轉換為電壓輸出。高頻反射式渦流傳感器多用于位移測量。

　　

 

　　

 

低頻透射式渦流傳感器多用于測定材料厚度。發(fā)射線(xiàn)圈W1和接收線(xiàn)圈W2分別放在被測材料G的上下，低頻電壓e1加到線(xiàn)圈W1的兩端后，在周?chē)臻g產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，并在被測材料G中產(chǎn)生渦流i，此渦流損耗了部分能量，使貫穿W2的磁力線(xiàn)減少，從而使W2產(chǎn)生的感應電勢e2減小。e2的大小與G的厚度及材料性質(zhì)有關(guān)，實(shí)驗證明，e2隨材料厚度h增加按負指數規律減小。因而按e2的變化便可測得材料的厚度。

　　

　　

利用電渦流式變換元件進(jìn)行測量時(shí)，為了得到較強的電渦流效應，通常激磁線(xiàn)圈工作在較高頻率下，所以信號轉換電路主要有調幅電路和調頻電路兩種。

　　

調幅式(AM)電路

 

　

 

調頻式(FM)電路

 

　　

 

當電渦流線(xiàn)圈與被測體的距離x改變時(shí)，電渦流線(xiàn)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。

　　

 

　

 

電渦流傳感器系統廣泛應用于電力、石油、化工、冶金等行業(yè)和一些科研單位。對汽輪機、水輪機、鼓風(fēng)機、壓縮機、空分機、齒輪箱、大型冷卻泵等大型旋轉機械軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、鍵相器、軸轉速、脹差、偏心、以及轉子動(dòng)力學(xué)研究和零件尺寸檢驗等進(jìn)行在線(xiàn)測量和保護。

 

　

 

　　

對于許多旋轉機械，包括蒸汽輪機、燃汽輪機、水輪機、離心式和軸流式壓縮機、離心泵等，軸向位移是一個(gè)十分重要的信號，過(guò)大的軸向位移將會(huì )引起過(guò)大的機構損壞。軸向位移的測量，可以指示旋轉部件與固定部件之間的軸向間隙或相對瞬時(shí)的位移變化，用以防止機器的破壞。

　　

軸向位移是指機器內部轉子沿軸心方向，相對于止推軸承二者之間的間隙而言。有些機械故障，也可通過(guò)軸向位移的探測，進(jìn)行判別：1、止推軸承的磨損與失效；2、平衡活塞的磨損與失效；3、止推法蘭的松動(dòng)；4、 聯(lián)軸節的鎖住等。

　　

軸向位移（軸向間隙）的測量，經(jīng)常與軸向振動(dòng)弄混。軸向振動(dòng)是指傳感器探頭表面與被測體，沿軸向之間距離的快速變動(dòng)，這是一種軸的振動(dòng)，用峰峰值表示。它與平均間隙無(wú)關(guān)。有些故障可以導致軸向振動(dòng)。例如壓縮機的踹振和不對中即是。

　　

　　

測量徑向振動(dòng)，可以由它看到軸承的工作狀態(tài)，還可以看到轉子的不平衡，不對中等機械故障?？梢蕴峁τ谙铝嘘P(guān)鍵或基礎機械進(jìn)行機械狀態(tài)監測所需要的信息：1、工業(yè)透平，蒸汽/燃汽；2、壓縮機，空氣/特殊用途氣體，徑向/軸向；3、膨脹機；4、動(dòng)力發(fā)電透平，蒸汽/燃汽/水利；5、電動(dòng)馬達、發(fā)電機 ；6、勵磁機；7、齒輪箱；8、泵；9、風(fēng)扇、風(fēng)機；10、往復式機械。

　　

振動(dòng)測量同樣可以用于對一般性的小型機械進(jìn)行連續監測?？蔀槿缦赂鞣N機械故障的早期判別提供了重要信息：

　　

　　

　　

偏心是在低轉速的情況下，電渦流傳感器系統可以對軸彎曲程度的測量，這種彎曲可由下列情況引起：

　　

1、原有的機械彎曲 ·臨時(shí)溫升導致的彎曲 ·在靜止狀態(tài)下，必然有些向下彎曲，有時(shí)也叫重力彎曲，外力造成的彎曲。

　　

2、偏心的測量，對于評價(jià)旋轉機械全面的機械狀態(tài)，是非常重要的。特別是對于裝有透平監測儀表系統（TSI）的汽輪機，在啟動(dòng)或停機過(guò)程中，偏心測量已成為不可少的測量項目。它使你能看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。轉子的偏心位置，也叫軸的徑向位置，它經(jīng)常用來(lái)指示軸承的磨損，以及加載荷的大小。如由不對中導致的那種情況，它同時(shí)也用來(lái)決定軸的方位角，方位角可以說(shuō)明轉子是否穩定。

　　

　　

對于汽輪發(fā)電機組來(lái)說(shuō)，在其啟動(dòng)和停機時(shí)，由于金屬材料的不同，熱膨脹系數的不同，以及散熱的不同，軸的熱膨脹可能超過(guò)殼體膨脹；有可能導致透平機的旋轉部件和靜止部件（如機殼、噴嘴、臺座等）的相互接觸，導致機器的破壞。因此脹差的測量是非常重要的。

　　

　　

對于所有旋轉機械而言，都需要監測旋轉機械軸的轉速，轉速是衡量機器正常運轉的一個(gè)重要指標。而電渦流傳感器測量轉速的優(yōu)越性是其它任何傳感器測量沒(méi)法比的，它既能響應零轉速，也能響應高轉速，抗干擾性能也非常強。

　　

旋轉測量通常有以下幾種傳感器可選：電渦流轉速傳感器、無(wú)源磁電轉速傳感器、有源磁電轉速傳感器等。具有需要選擇那類(lèi)傳感器，則要根據轉速測量的要求轉速等，（轉速發(fā)生裝置有以下幾種：用標準的漸開(kāi)的線(xiàn)齒數（M1～M5）作轉速發(fā)生信號，在轉軸上開(kāi)一鍵槽、在轉軸在轉軸上開(kāi)孔眼、在軸轉上凸鍵等轉速發(fā)生信號裝置。

　　

　　

對使用滾動(dòng)軸承的機器預測性維修很重要。探頭安裝在軸承外殼中，以便觀(guān)察軸承外環(huán)。由于滾動(dòng)元件在軸承旋轉時(shí)，滾動(dòng)元件與軸承有缺陷的地方相碰撞時(shí)，外環(huán)會(huì )產(chǎn)生微小變形。監測系統可以監測到這種變形信號，當信號變形時(shí)意味著(zhù)發(fā)生了故障，如滾動(dòng)元件的裂紋缺陷或者軸承環(huán)的缺陷等，還可以測量軸承內環(huán)運行狀態(tài)，經(jīng)過(guò)運算可以測量軸承打滑度。

　　

　　

隨著(zhù)自動(dòng)投幣機的廣泛使用，社會(huì )上一些不法分子該意地研究現有硬幣的形態(tài)、材質(zhì)，并依此制造出能以假亂真的偽幣，這些偽幣流入市場(chǎng)后導致了自動(dòng)投幣機不能正常工作，給相關(guān)部門(mén)造成經(jīng)濟損失。

 

　　

 

我國硬幣的種類(lèi)繁多，這給硬幣的防偽、識別帶來(lái)相當大的難度，硬幣識別的主要技術(shù)問(wèn)題是硬幣的檢測方法，核心是檢測傳感器性能的優(yōu)劣。

 

　

 

硬幣識別系統的原理框圖如圖所示，其基本工作過(guò)程為：當硬幣通過(guò)電渦流傳感器時(shí)會(huì )在其中產(chǎn)生相應的電渦流，信號調理與檢測電路通過(guò)適當變換，將電渦流信息轉換成相應的數字量供單片機進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。單片機的處理結果用于控制硬幣計數控制電路及聲光報警電路的工作，完成對硬幣的識別任務(wù)。

 

　

 

由電渦流傳感器為檢測元件構成的硬幣識別系統，是針對我國目前發(fā)行的1元硬幣的金屬原材料專(zhuān)門(mén)設計的。

　　

當硬幣通過(guò)投幣入口進(jìn)入投幣機的路徑時(shí)，電渦流傳感器是利用磁路中磁阻變化，并在置于其中的導體內產(chǎn)生電流，這種電流的流線(xiàn)在金屬導體內是閉合的(所以叫做渦流，或稱(chēng)電渦流)。

　　

此電流還會(huì )產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)來(lái)阻礙外磁場(chǎng)的變化。從其能量角度來(lái)看，因為在被測導體內存在電渦流損耗也會(huì )產(chǎn)生電磁效應，因此它既會(huì )產(chǎn)生焦耳熱，又要產(chǎn)生磁滯損耗，造成交變磁場(chǎng)能量的損失。這些能量的損耗會(huì )使傳感器的等效電抗、等效電感和品質(zhì)因數值發(fā)生變化。

　　

假如使得傳感器與被測導體間的距離保持不變，則傳感器的輸出參數將與被測導體材料的電導率、磁導率成函數關(guān)系。當線(xiàn)圈與金屬導體之間的距離固定，傳感器輸出信號的頻率只與磁場(chǎng)中的金屬導體材料的固有性質(zhì)有關(guān)，即信號頻率受線(xiàn)圈電感的影響。

　　

當硬幣靠近線(xiàn)圈時(shí)，電感將發(fā)生變化，則正弦波頻率也必將發(fā)生相應的變化。因此信號頻率的變化反映了硬幣的材質(zhì)特征，所以可以通過(guò)測量傳感器信號的頻率來(lái)獲得分辨真假、幣值的依據。利用這個(gè)關(guān)系可以用來(lái)測量金屬材料的電導率、磁導率等參數。

　　

這些參數與導體的材質(zhì)、幾何形狀等因數有著(zhù)一定的關(guān)系。找出不同金屬材質(zhì)和體積對系統磁場(chǎng)信息的影響大小而產(chǎn)生的微弱差異，經(jīng)信號調理電路將這些信號進(jìn)行處理，之后通過(guò)單片微型計算機對所采集數據的智能分析，就能完成對金屬硬幣的識別。

　　

 

　　

 

電磁爐是我們日常生活中必備的家用電器之一，渦流傳感器是其核心器件之一，高頻電流通過(guò)勵磁線(xiàn)圈，產(chǎn)生交變磁場(chǎng);在鐵質(zhì)鍋底會(huì )產(chǎn)生無(wú)數的電渦流，使鍋底自行發(fā)熱，燒開(kāi)鍋內的食物。

　　

 

　　

 

　　

接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)無(wú)觸點(diǎn)行程開(kāi)關(guān)。它能在一定的距離(幾毫米至幾十毫米)內檢測有無(wú)物體靠近。

 

 

當物體接近到設定距離時(shí)，就可發(fā)出“動(dòng)作”信號。接近開(kāi)關(guān)的核心部分是“感辨頭”，它對正在接近的物體有很高的感辨能力。這種接近開(kāi)關(guān)只能檢測金屬。

 

本文來(lái)源于傳感器技術(shù)。