等效阻抗变化原理

等效阻抗变化原理

等效阻抗变化原理是电涡流电感式传感器实现非接触测量的核心物理基础。该原理指出：当电涡流电感式传感器的线圈靠近金属导体时，线圈产生的交变磁场在金属导体表面感应出电涡流，该电涡流又产生一个反向磁场，改变原线圈的等效阻抗。传感器线圈的等效阻抗 $Z$ 是多个参数的函数：

其中 $\rho$ 为金属导体的电阻率，$\mu$ 为磁导率，$r$ 为线圈尺寸，$f$ 为激励频率，$x$ 为传感器与被测导体间的距离。

测量原理

通过变参数实验观测法，保持其他参数不变，仅改变距离 $x$，即可实现位移测量。当距离 $x$ 变化时，线圈的等效电阻 $R_{eq}$ 增大、等效电感 $L_{eq}$ 减小、品质因数下降。通过调频式测量电路或调幅式测量电路检测这些变化，即可反推出被测物理量。

应用基础

该原理是以下应用的理论基础：

• 位移测量：距离变化导致阻抗变化
• 振幅测量：振动导致距离周期性变化
• 转速测量：齿轮状旋转体产生周期性距离变化
• 无损探伤：裂纹导致电导率、磁导率变化，进而影响阻抗

关联概念

• 电涡流效应 — 产生电涡流的物理现象
• 趋肤效应 — 电涡流在导体表面的分布特性
• 高频反射式电涡流传感器 — 基于该原理的传感器工作模式
• 低频透射式电涡流传感器 — 另一种工作模式