1 前 言
电涡流是一种古老的物理现象，随着近代电子技术的发展，人们利用电涡流效应发展了一种新型的无接触检测方法。电涡流传感器具有结构简单、灵敏度高、测量的线性范围大、不受油污等介质影响、抗干扰能力强等优点，在各个工业部门得到广泛的应用，用来测量位移、厚度、尺寸、振动、转速、压力、电导率、温度、硬度等参数以及探测金属表面的裂纹和缺陷。
多频检测技术是libby（美国）于1970年首先提出的，该方法采用对电涡流检测线圈施加几个频率激励信号同时工作，能成功地抑制多个干扰因素，提取所需信号。电涡流传感器的工作原理是通过对处于检测线圈形成的电磁场中的工件及周围空间区域列出麦克斯韦方程及定解条件，然后进行求解，以确定检测线圈的阻抗特性的变化与被检工件受影响因素之间的关系。即涡流检测线圈的阻抗可以用函数z＝f（δ，μ，r，ω，u，d，t）表示。其中δ为电导率，μ为导磁率，r、t、d为尺寸因子，u、ω为激励源电压及频率。金属体中所产生的电涡流与电路激励源的频率有关，而且成非线性关系，即对应于不同的激励源频率线圈中电抗构成的函数互不相关。因此如果已知函数z中某些参数或控制某些参数不变而施加n个不同频率的激励源，依靠得到的检测线圈不同的电压输出值就可以求得n个未知的待求量，即由n个独立的方程求解n个未知量，从而实现多频率多参数的检测。
2 问题的提出
电涡流传感器检测电路一般如图2—1所示，调节可变电容的值c，使电路达到谐振，其谐振频率为：
，其电抗为：z＝jωl／（1－ω2lc）。若把测量线圈接于图2—1的电路中，则得线圈输出电压为：
（其中u0为激励源电压，u为测量线圈输出电压）
对上式两边取绝对值并对l求一阶导数得：
由式（2—1）和式（2—2）可画出｜u｜关于λ的曲线，对于给定的电路，λ与l是线性关系，因此，｜u｜关于λ的曲线等效于｜u｜关于l的曲线，如图2—2所示。图2—2中l0为电路谐振点。由于l0点附近，d｜u｜／dl的值比较小，即｜u｜的变化率比较小，测量灵敏度较低，因此，通常调节工作频率ω，使得测量线圈工作时变化在ls～le之间，以获得较高的测量灵敏度。
3 工作频率的选择
对于一个线圈来说，在缠绕制作的过程中其电感量的数值一般不好确定，只能凭经验估计出其大致数值，而涡流的深度又主要由线圈的固有特性和工作频率决定，当一个线圈做好之后，其固有特性基本不变，那么就需要选取一个合适的频率来满足测量的需要。
以利用电涡流传感器测量钢板裂纹为例来说明，为了提高测量的灵敏度，希望涡流的深度刚好比典型裂纹的深度最大值稍大一点点，以提高测量精度，却又不影响测量范围。
由于是非接触测量，那么测量线圈与钢板之间就必然存在间距，而这个间距一方面不容易控制为恒值，另一方面又影响着测量线圈的输出值。为了将间距与钢板裂纹深度分离开来，笔者采用双工作频率双参数测量，一方面使得裂纹深度的测量不受间距的影响，另一方面可根据测得的间距值反过来把间距控制在一定范围之内使得测量线圈工作在其线性范围之内。电涡流传感器的输出电压在不同工作频率激励下与测量线圈电感量的关系如图3—1所示。图中曲线l1为测量电路工作在激励频率为ω1时的u～l曲线，l2为测量电路工作在激励频率为ω2时的u～l曲线。其中ω1＜ω2。这样测量线圈在ls～le之间变化时，测量电路无论工作于频率为ω1激励源情况下，还是工作在频率为ω2激励源情况下，均有较为线性的输出。
