电涡流位移（振动）传感器原理与应用

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

属导体距探头表面的距离

。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的状态分析，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。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。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、响应速度快、抗
干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，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。

一、电涡流传感器的基本原理
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( ,  ,  , D, I,  )

τ ξ б

ω 函数

来表示。通常

我们

能

做到控制 ,  ,  , I, 

τ ξ б

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。