掌上型 电涡流 探伤仪
用掌上型电涡流探伤仪检测飞机裂纹
台式电涡流探伤仪
第五节 接近开关及应用
接近开关又称无触点行程开关。能在一 定范围检测有无物体靠近。当物体与其接近 到设定距离时，就可发出动作信号。
应用于行程控制、限位保护、高速计数、 测速、物位液位测量等。
一、接近开关分类 1.电涡流式 2.电容式 3.磁性干簧开关 4.霍尔式
Hale Waihona Puke 等效阻抗与非电量的测量检测深度的控制：由于存在集肤效应，电 涡流只能检测导体表面的各种物理参数。改变 f，可控制检测深度。激励源频率一般设定在 100kHz~1MHz。频率越低，检测深度越深。
间距x的测量：如果控制上式中的i1、f、μ、σ、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。
现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；
当金属导体靠近传感器线圈时，金属材料在高频磁场中产生电涡流，线圈的等效电 感L发生变化，导致回路失谐，引起电涡流线圈端电压的衰减，从而使输出电压降 低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放 大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。 输出的直流电压Uo反映了金属体 对电涡流线圈的影响（例如两者之间的距离等参数）。
第三节 测量转换电路
一、调幅式（AM）电路 由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成
Z
=
jwL ||
1 jwC
= jwL 1− w2LC
Uo
=
io
⋅Z
=
i0
⋅ jwL 1− w2LC
石英振荡器产生稳频、稳幅高频振荡电压(100kHz~1MHz）用于激励电涡流线圈，
Lx与C0并联，处于谐振状态。
当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈
齐平式
V系列电涡流位移传感器性能一览表
（摘自洞头开关厂资料）
电涡流位移传感器的应用
电涡流探头线圈的阻抗受诸多因素影响，例如金 属材料的厚度、尺寸、形状、电导率、磁导率、表面 因素、距离等。只要固定其他因素就可以用电涡流传 感器来测量剩下的一个因素。因此电涡流传感器的应 用领域十分广泛。但也同时带来许多不确定因素，一 个或几个因素的微小变化就足以影响测量结果。所以 电涡流传感器多用于定性测量。 即使要用作 定 量 测 量，也必须采用逐点标定、计算机线性纠正、温度补 补偿等措施。
课堂练习：1、3 作业：P94: 4、6
当高频（100kHz左右）信号源产生
的高频电压施加到一个靠近金属导 体附近的电感线圈L1时，将产生高 频磁场H1。如被测导体置于该交变 磁场范围之内时，被测导体就产生 电涡流i2。i2在金属导体的纵深方向 并不是均匀分布的，而只集中在金
属导体的表面，这称为集肤效应 （也称趋肤效应）。
集肤效应
集肤效应与激励源频率f、工件的电导率
根据法拉第定律，当传感器线圈通以正弦交变电流I1时，线圈周围空间必然产生 正弦交变磁场H1，使置于此磁场中的金属导体中感应电涡流I2，I2又产生新的交 变磁场H2。
根据愣次定律， H2的作用将反抗原磁场H1，由于磁场H2的作用，涡流要消耗 一部分能量，导致传感器线圈的等效阻抗发生变化。
线圈阻抗的变化完全取决于被 测金属导体的电涡流效应。
二、接近开关的特点 非接触测量；响应快；无磨损；全密封结 构；无触点无火花；输出信号大，易与计算 机接口；体积小，易安装。
三、主要性能指标（自行看书阅读）
（1）额定动作距离 在规定的条件下所测定到的接近开关 的动作距离（单位为mm）；
（2）工作距离 接近开关在实际使用中被设定的安装距离。 在此距离内，不产生误动作；
电涡流位移传感器的距离 与输出电压特性曲线
1—量程为10mm 2—量程为16mm 3—量程为20mm
二、振动测量
用电涡 流探头、 调幅法测 量简谐振 动时，探 头的输出 波形。
调频法测量振动的波形
振动测量
测量悬臂梁的 振幅及频率
汽轮机叶片测试
三、转速测量
若转轴上开z 个槽(或齿)，频率计的读数
击、偏心率、冲程、
宽度等等。来自不同
应用领域的许多量都
可归结为位移或间隙
变化。
数显位移测量仪及探头
4~20mA电涡流位移传感器外形
（参考德国图尔克公司资料）
齐平式电涡流位移传感器外形（参考德国图尔克公司资料）
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外形（参考浙江洞头开关厂资料）
安检门演示
当有金属物体穿 越安检门时报警
六、电涡流表面探伤
手持式裂纹测量仪
油管探伤
滚子涡流探伤机
（参考无锡市通达滚子 有限公司资料）
滚子涡流探伤机 是由计算机控制的轴 承滚子表面微裂纹探 伤的专用设备，可探 出深 30μm的表面微 小裂纹。
手提式探伤仪外形
（参考厦门爱德华检测设备有限公司资料）
为f（单位为Hz），则转轴的转速n（单位为
r/min）的计算公式为 n = 60 f z
各种测量转速的传感器及其与齿轮的相对位置
齿轮转速测量
例： 下图中，设齿数z =48，测得频率
f=120Hz，求该齿轮的转速n 。
电动机转速测量
四、镀层厚度测量
高频交流信号在测头线圈中产生电磁场，测头靠近导体时，就 在其中形成涡流。测头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻 抗也愈大。这个反馈作用量表征了测头与导电基体之间距离的 大小，也就是导电基体上非导电覆层厚度的大小。由于这类测 头专门测量非铁磁金属基材上的覆层厚度，所以通常称之为非 磁性测头。
σ、磁导率μ等有关。频率f越高，电涡流的
渗透的深度就越浅，集肤效应越严重。
二、等效阻抗分析
3 2 1
ra ras
ri
(r)
电涡流线圈的等效阻抗为
Req
=
R1
+
ω2M 2 R22 + ω 2 L22
R2
Leq
=
L1
−
ω2M 2 R22 + ω 2 L22
L2
线圈的等效品质因数Q值为
Qeq
=
wLeq Req
偏心和振动检测
通过测量间隙来测量径向跳动
测量弯曲、波动、变形
对桥梁、丝杆等机械结构的振动 测量，须使用多个传感器。
测量金属薄膜、板材厚度电涡流测厚仪
测量冷轧板厚度
测量尺寸、公差 及零件识别
通过测量间隙来测定 热膨胀引起的上下平移
测量注塑机开合模的间隙
间距
位移的标定方法
使用千分尺，逐一对照测量电路的输 出电压及数显表读数，列出对照表，存入 计算机，从而达到线性化的目的。
电涡流的应用 ——在我们日常生活中经常可以遇到
干净、 高效的 电磁炉
电磁炉内部的励磁线圈
电磁炉的工作原理
高频电 流通过励磁 线圈，产生 交变磁场， 在铁质锅底 会产生无数 的电涡流， 使锅底自行 发热，烧开 锅内的食 物。
当有金属物体穿 越安检门时报警
第四章 电涡流传感器
本章学习电涡流传感器的 原理及应用，并涉及接近开关 的原理、结构、特性参数及应 用。
（3）动作滞差 指动作距离与复位距离之差的绝对值。滞 差大，对外界的干扰以及被测物的抖动等的抗干扰能力就 强；
（4）重复定位精度(重复性) 它表征多次测量动作距离。 其数值的离散性的大小一般为动作距离的1%～5%。离散性 越小，重复定位精度越高。
（5）动作频率 指每秒连续不断地进入接近开关的动作距 离后又离开的被测物个数或次数。
f= 1
2π 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 。
第四节 电涡流传感器的应用
1、位移测量 2、振幅测量 3、转速测量 4 、安检 5、无损探伤
一、位移测量
位移测量包含：
偏心、间隙、位
置、倾斜、弯曲、变
形、移动、圆度、冲
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？
线圈阻抗变化与金属的电导率、磁导率 有关。电导率越高，灵敏度越高；磁导 率影响线圈感抗。
被测物体为圆盘状平面时，物体直径 大于线圈直径2倍以上；被测物体为柱 状圆弧表面时，其直径应为线圈的4倍 以上。
大直径电涡流探雷器
电涡流涂层厚度仪
五、电涡流式通道安全检查门
安检门的内部设置有发射线 圈和接收线圈。当有金属物体通 过时，交变磁场就会在该金属导 体表面产生电涡流，会在接收线 圈中感应出电压，计算机根据感 应电压的大小、相位来判定金属 物体的大小。在安检门的侧面还 安装一台“软x光”扫描仪，用软件 处理的方法，可合成完整的光学 图像。
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σ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μ有关的材料型号、表面硬
度等参数。
第二节 电涡流传感器结构及特性
交变磁场
电涡流探头外形
电涡流探头内部结构
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
教学要求
1. 掌握电涡流效应及电涡流传感器的工作原理。 （重点）
2. 了解电涡流探头结构和特性。 3. 掌握电涡流式传感器的测量转换电路。 （重点）
4. 掌握电涡流式传感器的应用。
（重点）
5. 掌握接近开关的原理、特点和应用。 （重点）
第一节 电涡流传感器工作原理
电涡流效应演示
成块的金属置于变化的磁场中或在磁场中运动，金属内部 产生感应电动势形成电流，在金属体内自行闭合，叫涡流。