現(xiàn)場振動測試采用的傳感器一般有非接觸式電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和復(fù)合傳感器(由一個非接觸傳感器和一個慣性傳感器組成)四種。每一種傳感器都有它們固有的頻響特性,這些特性決定了其工作范圍。如果采用的傳感器在超出其線性頻響區(qū)域工作時,測量得到的讀數(shù)會產(chǎn)生較大偏差。下表列出了振動測量常用的一些傳感器的性能和適用范圍及優(yōu)缺點。電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導(dǎo)體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、分辨率高、響應(yīng)速度快、抗干擾力強、不受油污等介質(zhì)影響等優(yōu)點,在大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理,塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時(與金屬是否塊狀無關(guān),且切割不變化的磁場時無渦流),導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流,此電流叫電渦流,以上現(xiàn)象稱為電渦流效應(yīng)。根據(jù)電渦流效應(yīng)制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。
前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈,在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。當(dāng)被測金屬體靠近這一磁場,則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流,與此同時該電渦流場也產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場。由于其反作用,使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變(線圈的有效阻抗),這變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項同性,則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率б、磁導(dǎo)率ξ、尺寸因子τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離D、電流強度I和頻率ω參數(shù)來描述。線圈特征阻抗可用Z=F(τ,ξ,б,D,I,ω)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制τ,ξ,б,I,ω這幾個參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變,線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)。整個函數(shù)是一非線性的,函數(shù)特征為“S”型曲線,可以選取它近似為線性的一段。通過前置器電子線路的處理,將線圈阻抗Z的變化即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化。當(dāng)傳感器與被測物體的表面間隙較小時,電渦流也較強,阻抗較大,傳感器***終的輸出電壓變小。當(dāng)傳感器與被測物體的表面間隙變大時,電渦流變?nèi)酰杩棺冃。瑐鞲衅?**終的輸出電壓變大。渦流的強弱與間隙的大小成正比,因而,傳感器的輸出與振動位移成正比。電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。