电涡流位移传感器的基本知识
电涡流传感器(位移)
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1 电涡流式传感器原理
电涡流探头结构
1—电涡流线圈 2—探头壳体 3—壳体上的位置调节螺纹 4—印制线路 板 5—夹持螺母 6—电源指示灯 7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
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2 电涡流传感器测量电路
电桥测量电路 在进行测量时，由于传感器线圈的阻抗发生变化，使电桥 失去平衡，将电桥不平衡造成的输出信号进行放大并检波， 就可得到与被测量成正比的输出。 谐振法 谐振法主要有调幅式电路和调频式电路两种基本形式。调 幅式由于采用了石英晶体振荡器，因此稳定性较高，而调 频式结构简单，便于遥测和数字显示。
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1 电涡流式传感器原理
高频反射电涡流传感器等效电路
R
M
R
1
U
·
1
I
·
1
I
L
1
·
2
L
2
Z1=R+jωL1 RI1+jωL1I1-jωMI2=U1 -jωMI1+R1I2+jωL2I2=0
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1 电涡流式传感器原理
传感器线圈的等效阻抗
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1 电涡流式传感器原理
电涡流传感器分类 涡流传感器在金属体上产生的电涡流， 涡流传感器在金属体上产生的电涡流，其渗透深度从传感器线圈自身 原因来讲主要与励磁电流的频率有关， 原因来讲主要与励磁电流的频率有关，所以涡流传感器主要可分高频 反射的低频投射两类。 反射的低频投射两类。
电涡 传感 （
涡流式位移传感器的工作原理
涡流式位移传感器的工作原理涡流传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律和涡流效应。
当传感器放置在外加激励源的变化电磁场中，它会形成一个涡电流。
根据涡流电阻效应，这个涡电流会在传感器内部产生一个电阻。
这个电阻和传感器中传导涡电流的激励源的磁场变化成正比。
同时，根据涡流电堆效应，这个电阻也会通过传感器输出导线流经外部电路。
因此，通过测量传感器输出电阻或电流的变化，我们可以得到被测物体的位移信息。
涡流传感器通常由一个线圈和一个金属涡流板组成。
当激励源通电并产生磁场时，它会通过线圈形成一个交变磁场。
这个交变磁场会感应金属涡流板中的涡电流。
当被测物体位移变化时，涡电流的强度和分布都会发生变化，进而改变金属涡流板的电阻和感应电磁场的分布。
通过测量这些变化，就可以实现位移的测量。
涡流传感器的灵敏度可以通过多种方式来提高。
一种常用的方法是增加线圈的匝数，这可以增加磁场的强度。
另一种方法是改变涡流板的尺寸和材料，使得涡流电阻和涡流电流的变化更加敏感。
此外，通过使用微电子技术和数字信号处理技术，还可以实现传感器的微型化和智能化，进一步提高其性能和应用范围。
涡流传感器具有广泛的应用前景。
在工业制造领域，涡流传感器可用于机床的刀具磨损检测、机器人的精确定位、液压系统的位移测量等。
在航空航天领域，涡流传感器可用于飞机发动机的转子位移测量、飞机翼的形变监测等。
在医疗器械领域，涡流传感器可用于心脏起搏器的位移测量、血液流速的检测等。
总之，涡流式位移传感器通过利用涡流效应和电磁感应定律来实现对位移的测量。
凭借着其高精度、高灵敏度和良好的可靠性，涡流传感器在工业自动化领域有着广泛的应用前景。
一文读懂电涡流传感器
一文读懂电涡流传感器电感线圈产生的磁力线经过金属导体时，金属导体就会产生感应电流，且呈闭合回路，类似于水涡流形状，故称之为电涡流也叫做电涡流效应，其实是电磁感应原理的延伸。
传感器探头里有小型线圈，由控制器控制产生震荡电磁场，当接近被测体时，被测体表面会产生感应电流，而产生反向的电磁场。
这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。
注意：电涡流传感器要求被测体必须是导体。
电涡流传感器的工作原理当接通传感器系统电源时，在前置器内会产生一个高频信号，该信号通过电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场H1。
如果在磁场H1的范围没有金属导体接近，则发射到这一范围内的能量都会被释放；反之，如果有金属导体接近探头头部，则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。
由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗。
这种变化与电涡流效应有关，也与静磁学效应有关（与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离参数有关）。
假定金属导体是均质的，其性能是线形和各向同性的，则线圈——金属导体系统的磁导率u、电导率σ、尺寸因子r、线圈与金属导体距离δ线圈激励电流I和频率ω等参数来描述。
因此线圈的阻抗可用函数Z=F（u，σ，r，δ，I，ω）来表示。
如果控制u，σ，r，I，ω恒定不变，那么阻抗Z就成为距离的单值函数，由麦克斯韦尔公式，可以求得此函数为一非线形函数，其曲线为“S”型曲线，在一定范围内可以近似为一线形函数。
通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离δ的变化转化成电压或电流的变化。
输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
一般来说，传感器线圈的阻抗、电感和品质因数的变化与导体的几何形状、导电率和磁导率有关。
电涡流位移传感器的原理及其静态标定方法
电涡流位移传感器的原理及其静态标定方法电涡流是20世纪70年代以后发展较快的一种新型传感器，它广泛的应用在位移震动检测、金属材质鉴别，无损探伤等技术领域。
实验目的：了解电涡流位移传感器的结构和工作原理。
了解电涡流位移传感器的静态标定方法。
实验原理结构：变间隙式是最常用的一种电涡流传感器形式，它的结构很简单，由一个扁平线圈固定在框架上构成。
线圈用高强度漆包铜线或银线绕成，用粘结剂粘在框架端部或是绕指在框架槽内。
线圈框架应采用损耗小、电性能好、热膨胀系数小的材料，常用高频陶瓷、聚四氟乙烯等。
由于激励频率较高，对所用的电缆和插头也要充分重视，一般使用专用的高频电缆和插头。
工作原理：在传感器线圈中通以高频电流，则在线圈中产生高频交变磁场。
当到点被测金属板接近线圈，并置于线圈的磁场范围内，交变磁场在金属板的表面层内产生感应电流，即电涡流。
电涡流又产生一个反向的磁场，减弱了线圈的原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因素发生变化，这些参数的变化与导体的几何形状、电导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈与被测导体间的距离有关。
如果控制上述参数的变化，在其他条件不变的情况下，仅是线圈与金属板之间距离的单值函数，从而达到测量位移间隙的目的。
测量电路当传感器接近被测导体时，损耗功率增大，回路失谐，输出电压相应变小。
这样，在一定范围内，输出电压幅值与间隙呈近似线性关系。
由于输出电压的频率始终恒定，因此称为定频幅式。
这种电路采用适应晶体振荡器，旨在获得高稳定度频率的高频激励信号，以保证稳定的输出。
实验仪器与材料电涡流位移传感器静态标定系统Hz-8500探头前置器8511型电涡流探头电涡流传感器测量装置高精度数字万用表。
实验内容：实验一：被测金属板采用铝质板，测量U-x 关系曲线。
实验二：被测金属板仍采用铝质板，但直径较小，测量U-x 关系曲线。
实验三：被测金属板采用铁板，测量U-x 关系曲线。
5、实验数据：实验一数据：6、实验要求：1、画出（实验一）中的U-x 关系曲线，确定传感器的线性工作范围计算传感器的灵敏度。
电涡流传感器概述 电涡流测量原理
电涡流传感器概述电涡流测量原理
电涡流测量原理是一种非接触式测量原理。
这种类型的传感器特别适合测量快速的位移变化，且无需在被测物体上施加外力。
而非接触测量对于被测表面不允许接触的情况，或者需要传感器有超长寿命的应用领用意义重大。
严格来讲，电涡流测量原理应该属于一种电感式测量原理。
电涡流效应源自振荡电路的能量。
而电涡流需要在可导电的材料内才可以形成。
给传感器探头内线圈提供一个交变电流，可以在传感器线圈周围形成一个磁场。
如果将一个导体放入这个磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体内会激发出电涡流。
根据楞兹定律，电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反，而这将改变探头内线圈的阻抗值。
而这个阻抗值的变化与线圈到被测物体之间的距离直接相关。
传感器探头连接到控制器后，控制器可以从传感器探头内获得电压值的变化量，并以此为依据，计算出对应的距离值。
电涡流测量原理可以运用于所有导电材料。
由于电涡流可以穿透绝缘体，即使表面覆盖有绝缘体的金属材料，也可以作为电涡流传感器的被测物体。
独特的圈式绕组设计在实现传感器外形极致紧凑的同时，可以满足其运转于高温测量环境的要求。
所有德国米铱的电涡流传感器都可以承受有灰尘，潮湿，油污和压力的测量环境。
尽管如此，电涡流传感器的使用也有一些限制。
举例来讲，对于不同的应用，都需要做相应的线性度校准。
而且，传感器探头的输出信号也会受被测物体的电气和机械性能影响。
然而，正是这些使用过程中的限制，使。
电涡流位移传感器介绍
④ 如果验收不合格，请尽快与本公司联系。
2、 贮存 如果长期不使用，传感器系统应存放在温度介于-30℃~70℃、相
对湿度不大于 90%的整洁室内，且室内空气中不得含有腐蚀性气体。 存放期达一年以上的，使用前应重新校准。 3、试件材料
ZA21 系列前置器只有一种外形结构。 外型尺寸： 78×70×30(mm) 安装尺寸： DIN35 导轨安装 供电电源 UT： 1、 -20V DC~-26V DC，输出电压极限：-0.7V~（UT+1）V，线性
量程内输出电压范围：-2V~-18V。 2、 亦可使用供电电源+20V~+26V 输出电压极限： 0.7V~（UT-1）
探头壳体用于连接和固定探头头部，并作为探头安装时的装夹结
构。壳体一般采用不锈钢制成（对于高温、高压、强酸、强碱等特殊
环境的应用、本公司可以为用户提供一体化全陶瓷探头头部和壳体的
探头），一般上面刻有标准螺纹，并备有锁紧螺母。为了能适应不同的
应用和安装场合，探头壳体具有不同的形式和不同的螺纹及尺寸规格
（见附录 A）。
一套完整的传感器系统主要包括探头、延伸电缆（用户可以根据 需要选择）、前置器和附件。系统组成见图 1-1。
图 1-1 一套完整的传感器系统的组成
★ 与同类产品的兼容性 ZA21 系列电涡流位移传感器的各项性能指标相当或接近美国本
特利（BN）公司的 3300 系列产品水平，优于国内任何一家公司的同 类产品。
① 将系统各部分从包装箱取出。检查是否存在由于运输不当造 成的损坏。如果有，应立即与承运单位交涉提出索赔，并将情况反映 给本公司。
电涡流位移传感器安全操作及保养规程
电涡流位移传感器安全操作及保养规程前言电涡流位移传感器是一种测量物体位移变化的传感器，具有高精度、高灵敏度、高稳定性的特点。
在实际应用中，需要严格按照操作规程进行操作，并进行定期维护保养，以确保传感器的性能和可靠性。
本文将详细介绍电涡流位移传感器的安全操作及保养规程。
安全操作1. 环境要求使用电涡流位移传感器时需要注意环境条件，要求：•温度：在传感器使用时，温度应在0℃ ~ 50℃之间。
•湿度：湿度不应高于90%。
•环境噪声：传感器应该远离任何可能干扰其正常工作的噪声源。
2. 连接导线在连接传感器时应注意：•选择适用的电源电压和导线规格。
•如有需要，需要使用屏蔽导线，以尽可能地减小干扰。
3. 操作注意事项在使用电涡流位移传感器时需要注意：•不要使用不兼容的电源，以免对传感器产生损害。
•不要过度安装传感器，以避免对其产生倾斜和应力。
•不要在无指导的情况下更改或重新设置器件的任何设置值。
•不要使用由于冷却不当导致器件表面产生冷凝水的条件下使用传感器。
4. 防护措施传感器的表面应定期清洁，并考虑到可能存在的潜在破坏因素。
应采取以下措施保护传感器表面：•安装爆炸隔离器等措施以防止传感器受到爆炸或其他外部压力损伤。
•在传感器周围放置防护罩，防止碰撞和其他外部物理切割。
•使用保护外壳对传感器进行保护，保护外壳应具有良好的耐腐蚀和耐磨损性能。
保养规程电涡流位移传感器属于精密仪器，使用后需要定期进行保养维护，以确保其性能稳定、准确。
下面是电涡流位移传感器保养规程：1. 定期清洁定期清洁是保持传感器稳定性的关键。
我们建议每隔3个月对传感器进行一次彻底清洗。
具体操作如下：1.断开电源：在拆卸传感器之前，应首先断开电源，并等待传感器完全冷却。
2.清除积尘：使用一块干净的棉布或软刷清除传感器表面的灰尘和污垢。
（注：不要使用水或任何化学物质清洁。
）3.检查传感器状态：在进行重新组装之前，请检查传感器表面上是否有任何可见痕迹或损害。
04第四章 电涡流传感器
第四节 电涡流传感器的应用
一、位移测量
电涡流位移传感器是一种输出为 模拟电压 的电子器 件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工作面） 将产生一个 交变磁场 。当金属物体 接近此感应面时，金 属表面将 吸取 电涡流探头中的高频振荡能量，使振荡器 的输出幅度线性地 衰减，根据衰减量的变化，可地计算 出与被检物体的距离、振动等参数。这种位移传感器属 于非接触测量 ，工作时不受灰尘等非金属因素的影响， 寿命较长，可在各种恶劣条件下使用。
当电涡流线圈与 金属板的距离 x 减小 时，电涡流线圈的等 效电感L 减小，等效 电阻R 增大。感抗XL 的变化比 R 的变化大 得多，流过电涡流线 圈的 电流 i1增大 。
电涡流式传感器原理图
上图为电涡流式传感器的原理图，该图由传感器线
圈和被测导体组成线圈 —导体系统。当传感器线圈通以
交变电流
1、位移测量仪
位移测量：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、 冲击、偏心率、冲程、宽度等。来自不同应用领域的许多量都可 归结为位移或间隙变化。
电流 型电 涡流 位移 传感 器
V系列齐 平式传感 器安装时 可以不高 出安装面， 不易被损 害。
V系列电涡流位移传感器性能一览表
V系列电涡流位移传感器机械图
并联谐振回路的谐振频率:
设电涡流线圈的电感量 L=0.8mH ，微调电容 C0=200pF，求振荡器的频率 f 。
鉴频器特性
使用鉴频器可以将 ? f 转换为电压 ? Uo
鉴输出电压与输入频率成正比
设电路参数如上图，计算电涡流线圈未接近金属时的 鉴频器输出电压 Uo；若电涡流线圈靠近金属后，电涡流 探头的输出频率 f上升为500kHz ，? f为多少？输出电压 Uo又为多少？
实验 电涡流传感器位移特性实验
实验电涡流传感器位移特性实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。
电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如图17.1.1所示。
根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
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17.1.2的等效电路。
图中R1、L1为传感器线图17.1.1 电涡流传感器原理图图17.1.2 电涡流传感器等效电路图圈的电阻和电感。
短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。
线圈与导体间存在一个互感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阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q 值为：Q ＝Q 0{[1-(Ｌ2ω2Ｍ2)/(Ｌ1Ｚ22)]／［1+(R 2ω2Ｍ2)/( R 1Ｚ22)］}式中：Q 0 — 无涡流影响下线圈的Ｑ值，Q 0＝ωＬ1／R 1； Ｚ22— 金属导体中产生电涡流部分的阻抗，Ｚ22＝R 22+ω2L 22。
由式Z 、L 和式Ｑ可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z 、电感L 和品质因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。
因此Z 、L 、Ｑ均是ｘ的非线性函数。
虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为"S"型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
电涡流位移传感器原理
电涡流位移传感器原理
电涡流位移传感器利用了涡流效应来测量物体的位移。
涡流效应是指当一个导体在变化的磁场中移动时，会在导体内产生感应电流，进而产生磁场，这个磁场又会与变化的磁场相互作用，从而产生涡流。
涡流的大小与导体的导电性、磁场的强度、导体形状等因素有关。
电涡流位移传感器由一个线圈和一个金属圆盘组成。
当线圈中通过交流电时，会在金属圆盘上产生一个交变的磁场。
如果金属圆盘处于静止状态，那么它不会有涡流产生，因为没有磁场的变化。
但是，当金属圆盘受到外力作用而移动时，它会穿过线圈中的磁场，从而产生感应电流和涡流。
涡流产生的感应电流会经过线圈回路，形成一个感应电压。
这个感应电压与金属圆盘的位移成正比。
通过测量感应电压的大小，可以确定金属圆盘的位移量。
因此，通过测量感应电压的变化，就可以得到物体的位移信息。
电涡流位移传感器的优点是具有高精度、无接触、非破坏性等特点。
它常被应用于机械设备的位移测量、液位测量、压力测量等领域。
电涡流位移传感器的使用说明
电涡流位移传感器的使用说明一、原理非接触式电涡流位移传感器'>传感器，是基于高频磁场在金属表面的涡流效应而成，是对金属物体的位移、振动、转速等机械量进行检测和控制的理想传感器。
它具有非接触测量、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强、无介质影响、稳定可靠、易于处理等明显优点，广泛用于冶金、化工、航天等行业中，也可用于科研和学校实验中的位移、振动、转速、长度、厚度、表面不平度等机械量的检测。
目前我公司生产的电涡流式传感器有两大类：位移、和转速传感器。
二、 MLW3300型位移、振动传感器1、量程： 250 .m----- 20mm2、线性误差：0.5% ～3.5%3、分辨率：0.05%(静态)0.1%(动态)。
4、频率响应：0 ～ 10KHz(0 ~ 2KHz, 0.5%, 2 ～ 10KHz 1%)5、工作温度：―20℃～100℃ (常温)―40℃～160℃ (高温)6、温度漂移：0.08%/℃(F.S)7、探头外径：Ф6~Ф65(mm)8、安装部分尺寸：a: M10 1 50. (量程 2mm)b: ф13 50. (量程 15mm)c: ф18 50. (量程 15mm)(注：尾架可根据用户要求定制)三、HR2000型前置变换器前置变换器的型号分为：1、信号输出：a: 非标准电压输出，(BZF Ⅰ)b: 0～~ 2V, 0～~ 5V,0～10V.(BZF―Ⅱ)C: 4～20mA. (BZF―Ⅲ)2、供电电源：a: 15～24V (BZF―Ⅰ,BZF―Ⅱ)b: ―20～30V (BZF―Ⅲ)(用户可选配本公司ZY-A型专用电源)3、接线：四芯航空插头①负电源, ②正电源，③信号输出，④公共地(4―20mA输出②脚为空脚)4、工作温度：0℃～65℃5、有容错装置，不会因电源接错而烧毁。
四、位移传感器的连接和标定1、传感器与前置变换器的连接①、通过高频连接，标准长度为3米。
②、最大可加长至9米，需订货时说明。
实验4 电涡流传感器位移实验
电涡流传感器位移实验
一、实验目的：
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：
通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、实验步骤：
1、根据图８－１安装电涡流传感器。
2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。
3、按图8-2将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。
４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。
数显电压表量程置20V档。
图8-1
图8-2
６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。
７、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，旋转测微每隔0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表8-1。
表8-1：电涡流传感器位移与输出电压数据
8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及选择位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和非线性误差（可以用端基法或其它拟合直线）
五、思考题：
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如需要测量±3mm的量程应如何设计传感器处理电路？
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程选用传感器？。
4电涡流传感器详解
频率变化，此频率可直接用计算机测量。如果要用模
拟仪表进行显示或记录时，必须使用鉴频器，将 ? f转
换为电压? Uo 。
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并联谐振回路的谐振频率
f? 1
2? LC0
?4-3?
设电涡流线圈的电感量L=0.8mH ， 微调电容C0=200pF ，求振荡器的频率f 。
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本章作业： P75：2、6、7
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休息一下
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20
第四章：第四节 电涡流传感器的应用
一、位移测量
电涡流位移传感器是一种输出为模拟电压的电子 器件。接通电源后，在电涡流探头的有效面（感应工 作面）将产生一个交变磁场。 当金属物体接近此感 应面时，金属表面将吸取电涡流探头中的高频振荡能 量，使振荡器的输出幅度线性地衰减，根据衰减量的 变化，可地计算出与被检物体的距离、振动等参数。 这种位移传感器属于非接触测量，工作时不受灰尘等 非金属因素的影响，寿命较长，可在各种恶劣条件下 使用。
间距x的测量： 如果控制上式中的 i1、f、?、? 、r不
变，电涡流线圈的阻抗 Z 就成为间距 x 的单值函数，这 样就成为非接触地测量位移的传感器。
多种用途： 如果控制 x、i1、f不变，就可以用来检
测与表面电导率 ? 有关的表面温度、表面裂纹等参数 ， 或者用来检测与材料磁导率 ? 有关的材料型号、表面硬
7—阈值指示灯 8—输出屏蔽电缆线 9—电缆插头
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CZF-1系列传感器的性能
分析上表请得出结论：
探头的直径与测量范围及分辨力之间 有何关系？
电涡流振动位移传感器
加速度传感器的安装方法及特点
(二)电涡流振动位移传感器 电涡流传感器是通过转轴表面与传感器探头端部 间的间隙变化来测量振动的。它利用导体在交变 磁场作用下的电涡流效应，将变形、位移与压力 等物理参数的改变转化为阻抗、电感等电磁参数 的变化。
1．数据采集的基本原理
数据采集的三个过程Biblioteka 采样量化编码
2．数据采集器的类型 按采集方式进行分类
同步采集
巡回采集
三、信号分析与处理设备
用于信号分析与处理的设备分为通用型和专用型两 大类。
通用型信号分析与处理设备，是指通用计算机硬件 及其信号分析与处理软件系统组成的设备； 专用型信号分析与处理设备，则是指除通用型之外 的其它各种信号分析与处理设备。
CZF1型电涡流传感器的结构示意
电涡流传感器的性能特点及使用注意事项 (1)传感器的灵敏度和线性范围因被测材料不同会 发生变化。 (2)对于同一种材料，若被测表面的材质不均匀， 或其内部有裂纹等缺陷，测量结果会受到影响。 (3)被测体形状对测量结果也有影响。 (4)传感器安装的好坏直接影响测量结果的准确性。
(三)振动传感器的选用原则
1．测量范围 2．频响范围 3．灵敏度
4．精度 5．其它方面
二、信号记录仪器
信号记录仪器是用来记录和显示被测振动随时间 的变化曲线或频谱图的，记录振动信号的仪器有 光线示波器、电子示波器、磁带机、X—Y记录仪 和数据采集器等。目前在机械故障诊断领域中， 使用最广泛的是数据采集器。
电涡流传感器工作原理
电涡流传感器工作原理
电涡流传感器是一种非接触式的测量传感器，它利用了涡流效应来检测目标物体的位置、形状、尺寸和材料等参数。
该传感器由一个发射线圈和一个接收线圈组成。
当发射线圈通过交流电源产生变化的电流时，会在其周围产生一个变化的磁场。
如果目标物体靠近传感器并且是导电的，那么它将对线圈产生干扰，导致磁场的变化。
接收线圈会检测到这些变化，并将其转化为电信号。
通过测量接收线圈的输出信号，我们可以分析目标物体与传感器之间的距离、相对速度和方向等信息。
这是因为目标物体和线圈之间的距离越近，干扰引起的磁场变化越大；而目标物体的运动速度和方向会影响到干扰的频率和相位。
电涡流传感器的工作原理可以归结为一种非接触式的电感耦合方法，因此它适用于在液体、灰尘和油膜等环境中进行测量。
此外，由于它不需要与目标物体直接接触，因此可以实现无磨损和长寿命的测量。
电涡流传感器在工业自动化、非破坏性检测、车辆控制等领域中得到广泛应用。
它可以用于测量金属零件的直径、圆度和表面质量，检测金属材料的裂纹和疲劳程度，以及监测转子的转速和位置等。
同时，它还可以用于检测传动带、刹车片和轮胎等部件的磨损程度，以及判断涡轮增压器和发动机的工作状态。
电涡流传感器的工作原理
电涡流传感器的工作原理
电涡流传感器是一种接近传感器，主要用于检测金属物体的接近程度或位置。
它基于一个称为电涡流的现象，当金属物体靠近电涡流传感器时，会在金属物体上产生感应电流。
工作原理如下：电涡流传感器由一个激励线圈和一个检测线圈组成。
激励线圈通以交流信号，产生一个变化的磁场。
当金属物体靠近激励线圈时，金属物体会产生一个感应电流，这个感应电流又会产生一个反向磁场。
反向磁场会影响到激励线圈中的磁场，使磁场发生变化。
变化的磁场又会通过感应线圈产生感应电压。
感应电压的幅值和频率与金属物体与电涡流传感器之间的距离和速度有关。
通过测量感应电压的幅值和频率，就可以确定金属物体的接近程度或位置。
一般来说，金属物体越接近电涡流传感器，感应电压的幅值越大，频率也越高。
电涡流传感器的工作原理基于电磁感应，利用金属物体产生的感应电流来检测金属物体与传感器之间的距离或位置。
它具有高精度、高灵敏度和快速响应的特点，广泛应用于工业自动化控制和非接触测量领域。
电涡流传感器的原理及校准详述
电涡流传感器的原理及校准详述探头对正被测量表面，它能地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。
探头由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成，线圈是探头的核心，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性量程以及探头的电气参数稳定性。
电涡流传感器原理：电涡流位移传感器能测量被测体（必须是金属导体）与探头端面的相对位置。
电涡流位移传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及进行预测性维修。
从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运行状态主要取决于其核心——转轴，而电涡流位移传感器能直接测量转轴的状态，测量结果可靠、可信。
过去，对于机械的振动测量采用加速度传感器或速度传感器，通过测量机壳振动，间接地测量转轴振动，测量结果的可信度不高系统主要包括探头、延伸电缆（用户可以根据需要选择）、前置器和附件探头头部采用耐高低温的PPS工程塑料，通过“二次注塑”工艺将线圈密封其中。
这项技术增强了探头头部的强度和密封性，在恶劣环境中可以保护头部线圈可靠工作。
头部直径取决于其内部线圈直径，由于线圈直径取决传感器系统的基本性能——线性量程，因此我们通常用头部直径来分类和表征各型号探头，一般情况传感器系统的线性量程大致是探头头部直径的1/2-1/4。
我们为DF3100系列设计了Φ5、Φ8、Φ11、Φ25、Φ35、Φ50六种标准直径的头部体，也可生产其它规格的头部体。
延伸电缆作为系统的一个组成部分，延伸电缆（如图1-6所示）用来连接和延长探头与前置器之间的距离，您可以对延伸电缆长度和是否需要带铠装进行选择，选择延伸电缆的长度应该使延伸电缆长度与配套前置器所要求的长度一致（5m或9m），铠装选择的情况同探头电缆前置器是一个电子信号处理器。
一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流；另一方面，前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。
传感器6(2)电涡流式
等效电感为： 等效Q值为：
电涡流式传感器
由于涡流的影响，线圈阻抗的实数部分增大，虚数部分减 小，因此线圈的品质因数Q下降。阻抗变为Z，常称其 变化部分为“反射阻抗”。
式中 Q0 L1 / R1 ——无涡流影响时线圈的Q值； 2 Z 2 R2 2 L2 ——短路环的阻抗。 2 Q值的下降是由于涡流损耗所引起，并与金属材料的导电性和 距离直接有关。当金属导体是磁性材料时，影响Q值的还有 磁滞损耗与磁性材料对等效电感的作用。在这种情况下，线 圈与磁性材料所构成磁路的等效磁导率的变化将影响L。
2
形成涡流条件
存在交变磁场
导电体处于交 变磁场中
电涡流式传感器
6.3.1.2 高频反射电涡流式传感器的工作原理
传感线圈由高频电压激励，产生 高频交变磁场 ， i在被测体平 i 面上产生电涡流 ie 。根据电磁感 应定律，电涡流对 i起去磁作 用，以阻止其变化。图中 表示 e 由电涡流 ie产生的磁场，因而与 M i 反向。显然传感器线圈与被 测体之间的距离d越小，电涡流 效应越强，从而把非电量d转换 为电量，以实现位移量的测量。
E
通过解方程组，可得I1、I2。
电涡流式传感器
解方程得到传感器的等效阻抗
2M 2 2M 2 Z R1 R2 2 j L1 L2 2 2 2 R2 (L2 ) R2 (L2 )
等效电阻为：
2M 2 R R1 R2 2 2 R2 2 L2
6.3.3 电涡流式传感器的应用
电涡流式传感器
电涡流式传感器
电涡流传感器
电涡流式传感器
• 高频反射式涡流厚度传感器
电涡流传感器工作原理
电涡流传感器工作原理
电涡流传感器是一种非接触式传感器，利用了电涡流现象进行测量。
其工作原理可以简单描述如下：
1. 电涡流现象：当导体材料处于可变磁场中时，由于磁通的变化会在导体表面诱导出涡流，这被称为电涡流现象。
2. 传感器结构：电涡流传感器通常由一个线圈和一个可变磁场源组成。
线圈中通以高频交流电流，产生一个可变的磁场。
3. 目标物体接近传感器：当目标物体接近传感器时，目标物体会改变传感器的磁场分布。
这是因为目标物体本身也具有导电特性，导致磁场穿过目标物体时，被诱导出额外的涡流。
4. 电涡流的影响：目标物体导致涡流的存在，会改变线圈的电阻和自感。
这些变化会导致线圈的阻抗发生变化。
5. 阻抗测量：通过测量线圈的阻抗变化，可以得到目标物体与传感器之间的距离或其它相关信息。
通常借助电桥等电路来实现精确的阻抗测量。
6. 数据处理：传感器的输出信号经过放大、滤波和AD转换等处理后，才能得到最终的距离测量结果或其它相关信息。
总结：电涡流传感器利用物体对传感器磁场的干扰来获取目标物体的相关信息。
通过测量阻抗变化来间接测量目标物体与传感器之间的距离、速度、位置或其它与电涡流现象有关的特性。
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电涡流位移传感器的工作原理：电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面距离。
它是一种非接触的线性化计量工具。
电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。
在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。
如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。
电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。
从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心—转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。
根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。
而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。
前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。
当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。
通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。
则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。
通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。
于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z 的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。
输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
其工作过程是：当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)。
由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。
按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。
电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小，灵敏度高，频率响应宽等特点，应用极其广泛。
典型应用：电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。
对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
轴向位移测量对于许多旋转机械，包括蒸汽轮机、燃汽轮机、水轮机、离心式和轴流式压缩机、离心泵等，轴向位移是一个十分重要的信号，过大的轴向位移将会引起过大的机构损坏。
轴向位移的测量，可以指示旋转部件与固定部件之间的轴向间隙或相对瞬时的位移变化，用以防止机器的破坏。
轴向位移是指机器内部转子沿轴心方向，相对于止推轴承二者之间的间隙而言。
有些机械故障，也可通过轴向位移的探测，进行判别：止推轴承的磨损与失效平衡活塞的磨损与失效止推法兰的松动联轴节的锁住等。
轴向位移(轴向间隙)的测量，经常与轴向振动弄混。
轴向振动是指传感器探头表面与被测体，沿轴向之间距离的快速变动，这是一种轴的振动，用峰峰值表示。
它与平均间隙无关。
有些故障可以导致轴向振动。
例如压缩机的踹振和不对中即是。
振动测量测量径向振动，可以由它看到轴承的工作状态，还可以看到转子的不平衡，不对中等机械故障。
可以提供对于下列关键或基础机械进行机械状态监测所需要的信息：·工业透平，蒸汽/燃汽·压缩机，空气/特殊用途气体，径向/轴向·电动马达·发电机·励磁机·齿轮箱·泵·风扇·鼓风机·往复式机械振动测量同样可以用于对一般性的小型机械进行连续监测。
可为如下各种机械故障的早期判别提供了重要信息。
胀差测量对于汽轮发电机组来说，在其启动和停机时，由于金属材料的不同，热膨胀系数的不同，以及散热的不同，轴的热膨胀可能超过壳体膨胀；有可能导致透平机的旋转部件和静止部件(如机壳、喷嘴、台座等)的相互接触，导致机器的破坏。
因此胀差的测量是非常重要的。
转速测量对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。
而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的，它既能响应零转速，也能响应高转速，抗干扰性能也非常强。
转速测量对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。
而电涡流传感器测量转速的优越性是其它任何传感器测量没法比的，它既能响应零转速，也能响应高转速，抗干扰性能也非常强。
电涡流传感器测转速，通常选用φ3mm、φ4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm的探头。
转速测量频响为0～10KHZ。
电涡流传感器测转速，传感器输出的信号幅值较高(在低速和高速整个范围内)抗干扰能力强。
无源磁电式传感器是针对测齿轮而设计的发电型传感器(无源)，不适合测零转速和较低转速，因低频时，幅值信号小，抗干扰能力差，它不需要供电。
有源磁电式传感器采用了+24V供电，输出波形为矩形波，具有负载驱动能力，适合测量0.03HZ以上转速信号。
安装要求：1、轴的径向振动测量当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。
每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。
由于轴承盖一般是水平分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o，从原动机端看，分别定义为X探头（水平方向）和Y探头（垂直方向），X方向在垂直中心线的右侧，Y方向在垂直中心线的左侧。
轴的径向振动测量时探头的安装位置应该尽量靠近轴承，如图所示，否则由于轴的挠度，得到的值会有偏差。
轴的径向振动探头安装位置与轴承的最大距离。
轴的径向振动测量时探头的安装：测量轴承直径最大距离0~76mm 25mm76~510mm 76mm大于520mm 160mm探头中心线应与轴心线正交，探头监测的表面（正对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象（如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4 um至0.8um之间。
2、轴的轴向位移测量测量轴的轴向位移时，测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。
探头安装距离距止推法兰盘不应超过305mm，否则测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。
3、键相测量键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记。
当这个凹槽或凸键转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。
因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。
凹槽或凸键要足够大，以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V。
一般若采用φ5、φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm（推荐采用2.5mm以上）、长度应大于0.2mm。
凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防当轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。
为了避免由于轴相位移引起的探头与被测面之间的间隙变化过大，应将键相探头安装在轴的径向，而不是轴向的位置。
应尽可能地将键相探头安装在机组的驱动部分上，这样即使机组的驱动部分与载荷脱离，传感器仍会有键相信号输出。
当机组具有不同的转速时通常需要有多套键相传感器探头对其进行监测，从而可以为机组的各部分提供有效的键相信号。
键相标记可以是凹槽，也可以是凸键，如图所示，标准要求用凹槽的形式。
当标记是凹槽时，安装探头要对着轴的完整部分调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），而不是对着凹槽来调整初始安装间隙。
而当标记是凸键时探头一定要对着凸起的顶部表面调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），不是对着轴的其它完整表面进行调整。
否则当轴转动时，可能会造成凸键与探头碰撞，剪断探头。
被测体对电涡流传感器特性的影响：1、被测体材料对传感器的影响传感器特性与被测体的电导率б、磁导率ξ有关，当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。
而当被测体为弱导磁材料（如铜，铝，合金钢等）时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。
2、被测体表面平整度对传感器的影响不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附加误差，因此对被测体表面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。
一般要求，对于振动测量的被测表面粗糙度要求在0.4um～0.8um之间；对于位移测量被测表面粗糙度要求在0.4um～1.6um之间。
3、被测体表面磁效应对传感器的影响电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均匀等都会影响传感器特性。
在进行振动测量时，如果被测体表面残磁效应过大，会出现测量波形发生畸变。
4、被测体表面镀层对传感器的影响被测体表面的镀层对传感器的影响相当于改变了被测体材料，视其镀层的材质、厚薄，传感器的灵敏度会略有变化。
5、被测体表面尺寸对传感器的影响由于探头线圈产生的磁场范围是一定的，而被测体表面形成的涡流场也是一定的。
这样就对被测体表面大小有一定要求。
通常，当被测体表面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应大于探头头部直径的1.5倍以上；当被测体为圆轴且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。