電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭：非(fei)接(jie)觸式(shi)位移(yi)與(yu)振(zhen)動測(ce)量的核(he)心(xin)感(gan)知(zhi)元件

在(zai)現代(dai)工業(ye)自動化(hua)、精密制造(zao)、航空航天(tian)及(ji)旋(xuan)轉機械(xie)狀(zhuang)態監測(ce)領域，對(dui)微(wei)小(xiao)位移(yi)、振(zhen)動、轉速(su)和間(jian)隙(xi)的(de)高(gao)精度、非(fei)接(jie)觸式(shi)測量(liang)需求日益(yi)增(zeng)長。電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭（Eddy Current Sensor Probe）作(zuo)為壹(yi)種(zhong)基(ji)於電(dian)磁感(gan)應原(yuan)理(li)的高(gao)性(xing)能(neng)傳感(gan)元(yuan)件，憑(ping)借其(qi)高(gao)靈敏(min)度、高(gao)響應頻(pin)率(lv)、抗(kang)幹擾能(neng)力(li)強(qiang)和適(shi)應惡(e)劣環境等(deng)優(you)勢(shi)，已(yi)成為旋(xuan)轉設(she)備(bei)在(zai)線(xian)監測(ce)系統中的“黃(huang)金標準”傳感(gan)器。本文(wen)將(jiang)深入(ru)解(jie)析它(ta)的(de)工作(zuo)原(yuan)理(li)、結構特點(dian)、關(guan)鍵(jian)技(ji)術參(can)數及(ji)其(qi)廣泛(fan)應用。

壹(yi)、工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)：電(dian)磁感(gan)應的精密應用

電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭的工作(zuo)原(yuan)理(li)基(ji)於法(fa)拉(la)第(di)電(dian)磁感(gan)應定律和趨膚效應。當探頭前端的線圈通(tong)入高(gao)頻(pin)交流電(dian)流（通(tong)常(chang)為100 kHz～2 MHz）時，會在(zai)其(qi)周(zhou)圍產生交變(bian)磁場(chang)。當該(gai)磁場(chang)靠近(jin)導(dao)電(dian)金屬目標物(wu)（如軸(zhou)、轉子(zi)、齒輪）時，會在(zai)目標表面感(gan)應出閉(bi)合的(de)環狀電(dian)流，即“電(dian)渦(wo)流”（Eddy Current）。

電(dian)渦(wo)流的(de)強弱(ruo)與(yu)以下因素密(mi)切相(xiang)關(guan)：

-線圈與(yu)目標物(wu)之間(jian)的距離(li)（間隙(xi)）；

-目標物(wu)的電(dian)導(dao)率(lv)和磁導(dao)率(lv)；

-激勵信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)。

電(dian)渦(wo)流反(fan)過來(lai)會產生壹(yi)個反(fan)向(xiang)磁場(chang)，影響原(yuan)線(xian)圈的(de)等效阻(zu)抗(kang)（包(bao)括電(dian)感(gan)和電(dian)阻）。傳感(gan)器內置的(de)前(qian)置(zhi)器（或(huo)稱“控(kong)制(zhi)器”）通過(guo)檢(jian)測(ce)線圈阻(zu)抗(kang)的(de)變化，並(bing)將(jiang)其(qi)線性(xing)轉換為標準的(de)電(dian)壓(ya)或(huo)電(dian)流信(xin)號(hao)（如(ru)-2V～+2V、4～20mA），從(cong)而(er)實(shi)現對(dui)間(jian)隙(xi)或(huo)位移(yi)的精(jing)確(que)測(ce)量。距離(li)越小，電(dian)渦(wo)流越強，線(xian)圈阻(zu)抗(kang)變(bian)化越大(da)，輸出信(xin)號(hao)隨之變化。

二(er)、探頭結構與(yu)關(guan)鍵(jian)設(she)計：

1.感(gan)應線圈：位於探頭頂端，由(you)細(xi)銅(tong)線精密(mi)繞(rao)制而(er)成，是(shi)產生磁場(chang)和感(gan)應電(dian)渦(wo)流的(de)核(he)心(xin)元件。其(qi)尺寸和形(xing)狀(zhuang)決(jue)定了(le)測(ce)量範圍和分(fen)辨率(lv)。

2.線圈骨架：支(zhi)撐(cheng)線圈，常(chang)用耐(nai)高(gao)溫、低(di)介電(dian)常(chang)數的(de)陶瓷或(huo)工(gong)程塑料(liao)制成，確(que)保(bao)線圈穩定性(xing)。

3.金(jin)屬外殼：通(tong)常(chang)為不銹鋼(gang)材質，起(qi)屏蔽和保(bao)護作(zuo)用，防(fang)止外部(bu)電(dian)磁幹擾，並(bing)保(bao)證(zheng)安(an)裝(zhuang)剛(gang)性(xing)。

4.電(dian)纜(lan)：高(gao)頻(pin)同(tong)軸(zhou)電(dian)纜(lan)，將探頭與(yu)前(qian)置(zhi)器連接(jie)，要求低(di)損(sun)耗(hao)、高(gao)屏蔽性(xing)能(neng)，長度通常(chang)為0.5m、1m、5m或(huo)9m，不(bu)可隨意延長或(huo)剪短(duan)。

5.安(an)裝(zhuang)螺紋(wen)：常(chang)見(jian)為M8、M10、M12等標準螺紋(wen)，便於在(zai)設(she)備(bei)上牢(lao)固安(an)裝(zhuang)。

探頭與(yu)前(qian)置(zhi)器必(bi)須(xu)成對(dui)使(shi)用，因為前置(zhi)器的振(zhen)蕩頻(pin)率(lv)、驅動電(dian)流和信(xin)號(hao)處理(li)電(dian)路是(shi)針對特定探頭型號設(she)計的(de)，互(hu)換性(xing)差(cha)。

三、關鍵技(ji)術參(can)數

選(xuan)擇電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭時需重(zhong)點(dian)關(guan)註(zhu)以下參(can)數：

-測(ce)量範圍（Probe Range）：即線性(xing)工(gong)作(zuo)區(qu)間，常(chang)見(jian)的有(you)0.5mm、1mm、2mm、5mm等(deng)。例(li)如，Φ8mm探頭典型量程為2mm。

-靈敏(min)度（Sensitivity）：單位位移(yi)變化(hua)對應的輸出電(dian)壓(ya)變(bian)化，單位為V/mm或(huo)mV/μm。如(ru)8V/mm表示每變化1mm，輸出變(bian)化8V。

-分(fen)辨率(lv)：可檢測(ce)的最(zui)小(xiao)位移(yi)變化(hua)，可達納(na)米級（<0.1μm）。

-頻(pin)率(lv)響應：反(fan)映傳感(gan)器對動態信(xin)號(hao)的(de)跟蹤(zong)能(neng)力(li)，通(tong)常(chang)可達(da)5～10kHz，適(shi)用於(yu)高(gao)速(su)振(zhen)動測(ce)量。

-目標材料(liao)影響：標定通常(chang)基(ji)於40CrMoA或(huo)42CrMo等(deng)標準靶(ba)材。若測量其(qi)他材料(liao)（如鋁、銅、不(bu)銹鋼(gang)），需進行(xing)材料(liao)校準，否則會產生測(ce)量(liang)誤差。

-溫(wen)度穩定性(xing)：高(gao)溫環境下(xia)（如(ru)汽(qi)輪機、燃氣輪機），探頭需具備(bei)良好的(de)熱(re)漂(piao)移(yi)補償能(neng)力(li)。

四(si)、典(dian)型應用領域：

1.軸(zhou)振(zhen)動監測(ce)：安(an)裝(zhuang)於軸(zhou)承座，實(shi)時監測(ce)轉子(zi)徑向(xiang)振(zhen)動，預防機械(xie)故(gu)障(zhang)。

2.軸(zhou)向(xiang)位移(yi)測量(liang)：檢測轉子(zi)在(zai)軸(zhou)向(xiang)的竄(cuan)動量(liang)，防止動靜部(bu)件碰撞(zhuang)。

3.轉速(su)與(yu)鍵(jian)相(xiang)測(ce)量：通過檢測(ce)軸(zhou)上凹(ao)槽或(huo)鍵(jian)的通(tong)過(guo)頻(pin)率(lv)，計算(suan)轉速(su)，並為振(zhen)動分(fen)析提(ti)供(gong)相位基(ji)準。

4.間隙(xi)測(ce)量(liang)：如(ru)測量(liang)氣隙、油膜(mo)厚度、閥門(men)開(kai)度等。

5.無損(sun)檢(jian)測(ce)：用於(yu)檢(jian)測金(jin)屬表面裂(lie)紋(wen)、塗層(ceng)厚度、材料(liao)電(dian)導(dao)率(lv)變化等(deng)。

五、安(an)裝(zhuang)與(yu)使(shi)用註(zhu)意(yi)事(shi)項

-安(an)裝(zhuang)間隙：必(bi)須(xu)按(an)照規格書設定初始(shi)安(an)裝(zhuang)間隙（通(tong)常(chang)為量程中點(dian)）；

-周(zhou)圍環境：避免(mian)強(qiang)磁場(chang)、高(gao)溫輻(fu)射(she)和油汙汙染(ran)；

-目標面要(yao)求：被(bei)測面應平(ping)整、光滑、導(dao)電(dian)，直徑(jing)至少(shao)為探頭直徑的3倍(bei)；

-多(duo)探頭安(an)裝(zhuang)：相鄰探頭間距應大(da)於(yu)3倍(bei)探頭直徑，防止電(dian)磁串(chuan)擾(rao)。

電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭以其(qi)非(fei)接(jie)觸、高(gao)精度、高(gao)可靠性(xing)的(de)特點(dian)，成為旋(xuan)轉機械(xie)狀(zhuang)態監測(ce)系統中的“感(gan)知(zhi)之眼”。隨著材料(liao)科學(xue)和微(wei)電(dian)子(zi)技(ji)術的進(jin)步，探頭正朝(chao)著微(wei)型化、智能(neng)化(hua)、寬溫域(yu)和多(duo)參(can)數集(ji)成方向(xiang)發(fa)展(zhan)。在(zai)工(gong)業(ye)4.0和預測性(xing)維(wei)護的浪潮(chao)下(xia)，電(dian)渦(wo)流傳感(gan)器探頭將繼(ji)續(xu)在(zai)保(bao)障(zhang)設備(bei)安(an)全(quan)、提升(sheng)運(yun)行(xing)效率(lv)方面(mian)發(fa)揮關鍵(jian)作(zuo)用。