电涡流式传感器原理

电涡流式传感器，将位移、厚度、材料损伤等非电量转换为电阻抗的变化（或电感、Q值的变化），从而进行非电量的测量。
一、工作原理
电涡流式传感器由传感器激励线圈和被测金属体组成。根据法拉第电磁感应定律，当传感器激励线圈中通过以正弦交变电流时，线圈周围将产生正选交变磁场，是位于盖磁场中的金属导体产生感应电流，该感应电流又产生新的交变磁场。新的交变磁场阻碍原磁场的变化，使得传感器线圈的等效阻抗发生变化。传感器线圈受电涡流影响时的等效阻抗Z为

式中，ρ为被测体的电阻率；μ为被测体的磁导率；r为线圈与被测体的尺寸因子；f为线圈中激磁电流的频率；x为线圈与导体间的距离。
由此可见，线圈阻抗的变化完全取决于被测金属的电涡流效应，分别与以上因素有关。如果只改变式中的一个参数，保持其他参数不变，传感器线圈的阻抗Z就只与该参数有关，如果测出传感器线圈阻抗的变化，就可以确定该参数。在实际应用中，通常是改变线圈与导体间的距离x，而保持其他参数不变，来实现位移和距离测量。
二、等效电路
讨论电涡流式传感器时，可以把产生电涡流的金属导体等效成一个短路环，即假设电涡流只分布在环体内。因此，电涡流式传感器的等效电路计算方法为：

式中，R2为电涡流短路环等效电阻；h为电涡流的深度（

）；ra为短路环的外径；ri为短路环的内径。由基尔霍夫电压定律有

式中ω为线圈与金属导体的互感系数。可得等效阻抗为

式中Req为产生电涡流效应后线圈的等效电阻，Leq为产生电涡流效应后线圈的等效电感。

由于电涡流的影响，线圈复阻抗的实部（等效电阻）增大、虚部（等效电感）减小。因此，线圈的等效品质因数下降。
电涡流式传感器的等效电气参数都是互感系数M2的函数。通常总是利用其等效电感的变化组成测量电路，因此，电涡流式传感器属于电感式（互感式）传感器。
三、测量电路
用于电涡流传感器的测量电路主要有调频式，调幅式测量电路两种。
1、调频式测量电路
调频式测量电路，传感器线圈作为组成LC振荡器的电感元件，当传感器等效电感在涡流影响下因被测量变化而变化时，将导致振荡器的振荡频率发生变化，该频率可直接由数字频率计测得，或通过频率-电压变换后用数字电压表测量出对应的电压。
2、调幅式测量电路
调幅式测量电路，由传感器线圈、电容和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡器相当于一个恒流源，给谐振回路提供一个频率稳定的激励电流。