7.1.1 电涡流传感器测量原理
电涡流传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流传感器由传感器线圈和被测导体(导电体—金属涡流片)组成，如图7.1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1～2 MHz)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，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
图7.1 电涡流传感器原理图
我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环(虚拟线圈)，这样就可得到如图7.2所示的等效电路，图中R1，L1为传感器线圈的电阻和电感。
图7.2 电涡流传感器等效电路图
电涡流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，可得传感器线圈的复阻抗为
线圈受涡流影响后的等效电阻为
线圈受涡流影响后的等效电感为
由Z，Req和Leq函数式[式(7.3)、式(7.4)、式(7.5)]可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗Z，Req和Leq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的非线性函数。因此Z，Req和Leq均是X的非线性函数。虽然它整个函数是非线性的，但可选取近似为线性的一段。其实Z，Req和Leq的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离X有关。如果控制上述参数中的其余参数不变，只有一个参数变化，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈、金属涡流片和激励源确定后，并保持环境温度不变，则只与距离X有关。如此，通过传感器的调理电路(前置器)处理，将线圈阻抗Z的变化转化成电压或电流的变化输出。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距X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。