原理

涡流探头是一款根据涡流效应而制成的传感器，具有非接触测量、响应速度快、可靠性好、抗干扰能力强、可在油污、水等恶劣环境下正常工作等优点。它能对大型旋转机械的轴向位移、轴的径向振动、轴芯轨迹、轴转速等参数进行长期的实时监控，可以有效的对设备进行保护以及进行故障分析。

如果有一个很高的频率（一般取1MHz）电流从振荡器流入传感器线圈中，那么传感器线圈就产生一个高频率振荡磁场，如果有一片金属接近这个磁场，那么在此金属的表面就会产生电涡流。电涡流的强度是随着传感器线圈与金属之间的距离的变化而变化的，这是因为这个距离影响了传感器线圈的阻抗，所以可以用测量阻抗的方法来实现距离的测量。电涡流传感器输出一个与距离成单值函数的直流电压信号[1]。
严格来讲，电涡流测量原理应该属于一种电感式测量原理。电涡流效应源自振荡电路的能量。而电涡流需要在可导电的材料内才可以形成。给传感器探头内线圈导入一个交变电流，可以在探头线圈周围形成一个磁场。如果将一个导体放入这个磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体内会激发出电涡流。根据楞兹定律，电涡流的磁场方向与线圈磁场正好相反，而这将改变探头内线圈的阻抗值。这个阻抗值的变化与线圈到被测物体之间的距离直接相关。传感器探头连接到控制器后，控制器可以从传感器探头内获得电压值的变化量，并以此为依据，计算出对应的距离值。电涡流测量原理可以测量所有导电材料。由于电涡流可以穿透绝缘体，即使表面覆盖有绝缘体的金属材料，也可以作为电涡流传感器的被测物体。独特的圈式绕组设计在实现传感器外形极致紧凑的同时，可以满足其运转于高温测量环境的要求[2]。

涡流传感器的类型多种多样，分类方法也不少，常见的分类方法有以下几种： ① 按激励源的波形和数量的不同进行分类，有正弦波、脉冲波和方波等。 ②按检测线圈输出信号的不同分类，有参量式和变压器式两类。参量式线圈输出的信号是线圈阻抗的变化，一般它既是产生激励磁场的线圈，又是拾取工件涡流信号的线圈，所以又叫自感式线圈。变压器式线圈，输出的是线圈上的感应电压信号，一般由两组线圈构成，一个专用于产生交变磁场的激励线圈（或称初级线圈），另一个用于拾取涡流信号的线圈（或称次级线圈），又叫互感式线圈。 ③检测线圈和工件的相对位置分类，有外穿过式线圈、内通过式线圈和放置式线圈三类。 ④按线圈的绕制方式分类，有绝对式、标准比较式和自比较式三种。 ⑤按传感器线圈绕组磁通方向的不同分类，一般把平行于工件轴线的磁通方向称为“轴向”，而垂直于轴线的磁通方向称为“法向”。

选型

如何选择涡流探头？

• 根据被检对象的几何形状选择。如测面材时选择点探头；管、棒、丝材的在线探伤常选择外穿过式探头或平面组合探头；电力、石化等在役管道的检测常选择内通过式探头。
• 根据检测目的选择。如测量电导率可选用绝对式或差分式点探头。
• 根据特定的测试对象及其检测部位选择特制专用探头。如检测蒸发器传热管的一般弯管则使用填充系数较大，而且使用寿命较长的串珠状易弯探头。

1. 需要测量的范围参照传感器线性量程选择探头规格（Φ5mm、Φ8mm、Φ11mm、Φ25mm）,再按照现场机械安装的空间和结构确定探头类型（如：正装、反装、无螺纹）与尺寸及安装螺纹，然后选择探头电缆长度（1M、0.5M）。
2. 现场测量点到前置器安装点的距离确定系统电缆总长(5M、9M)。再选择与探头电缆长度（1M、0.5M）配套的延伸电缆长度（4M、4.5M、8M、8.5M）,也可直接选择直接引线（5M、9M）。
3. 根据后端信号接收要求，选择合适的信号输出（1～5V、1～10V 、4～20mA、-2～-18V）。

   分类

   检测线圈和工件的相对位置

   1、外穿过式线圈（探头）
   因检测线圈位于工件的外部而得名，这种线圈是将工件插入并通过线圈内部进行检测。它能检测管材、棒材、线材等，是可以从线圈内部通过的导电试件。由于采用穿过式线圈，容易实现涡流探伤的批量、高速检验，且易实现自动化检测。因此，广泛地应用于小直径的管材、棒材、线材试件的表面质量检测。
   
   2、内通过式线圈（探头）
   内通过式线圈，在对管件进行检验中，有时必须把探头放入管子的内部，这种插入试件内部进行检测的探头称为内通过式探头，也叫内部穿过式线圈，它适用于冷凝器管道（如钛管、铜管等）的在役检测。
   
   3、放置式线圈（探头）
   放置式线圈又称点式线圈或探头。在探伤时，把线圈放置于被检测工件表面进行检验。这种线圈体积小，线圈内部一般带有磁芯，因而具有磁场聚焦的性质，灵敏度高。它适用于各种板材、带材和大直径管材、棒材的表面检测，还能对形状复杂的工件某一区域作局部检测。
   

   线圈的绕制方式

   1、绝对式线圈（探头）
   直接测量线圈阻抗的变化，在检测时可用标准试件放入线圈，调整仪器，使信号输出为零，再将被试工件放入线圈，这时，若仍无输出，表示试件和标准试件的有关参数相同。若有输出，则依据检测目的不同，分别判断引起线圈阻抗变化的原因是裂纹还是其他因素。
   这种工作方式可用于材质的分选和测厚，又可进行探伤。
   
   2、标准比较式线圈（探头）
   典型的差动式涡流检测，采用二个检测线圈反向联接成为差动形式。一个线圈中放置标准试件（与被测试件具有相同材质、形状、尺寸且质量完好），而另一个线圈中放置被检试件。由于这两个线圈接成差动形式，当被检试件质量不同于标准试件（如存在裂纹等）时，检测线圈就有信号输出，因而实现对试件的检测目的。
   
   3、自比较式线圈（探头）
   自比较式是标准比较式的特例。采用同一检测试件的不同部分作为比较标准，故称为自比较式。两个相邻安置的线圈，同时对同一试件相邻部位进行检测时，该检测部位的物理性能及几何参数变化通常是比较小的，对线圈阻抗影响也比较微弱。如果将两个线圈差动联接，这种微小变化的影响便几乎被抵消掉，如果试件存在缺陷，当线圈经过缺陷（裂纹）时将输出相应急剧变化的信号，且第一个线圈或第二个线圈分别经过同一缺陷时所形成的涡流信号方向相反。
   

参考

1、上海捷生机电：涡流探头的工作原理、应用领域及选型提示
2、米铱（北京）测试技术
2、厦门爱德森电子： 什么叫无损检测( Non-Destructive Testing,NDT)?