3、电感式传感器：自感式传感器、差动变压器式传感器、电涡流式传感器
电感式传感器，说白了就是利用电磁感应原理，把被测物理量（比如位移、压力、振动）转换成线圈自感系数L或者互感系数M的变化。我入行那会儿，第一个接触的传感器就是电感式的，当时觉得这东西挺玄乎，后来拆开一看，核心就是个线圈加个铁芯。
这类传感器最大的优点是：结构简单、工作可靠、灵敏度高。缺点嘛，也有——频率响应不高，不适合测快速变化的信号。你想想看，机械结构本身就有惯性，响应自然快不起来。
核心知识点速览
- 自感式传感器：利用线圈自感变化，测位移或压力
- 差动变压器式传感器：利用互感变化，测微小位移
- 电涡流式传感器：利用涡流效应，测位移、厚度、探伤
3.1 自感式传感器
自感式传感器，原理其实很简单。线圈绕在铁芯上，当铁芯的气隙长度或者截面积发生变化时，磁路的磁阻就变了，线圈的自感系数L也跟着变。我当年在做一个阀门位置检测项目时，就用过这种传感器，效果还不错。
自感L的计算公式：
L = N² / Rm其中N是线圈匝数，Rm是磁路总磁阻。磁阻主要取决于气隙，气隙越大，磁阻越大，L越小。
常见的结构形式有两种：
- 变气隙式：灵敏度高，但线性范围窄，适合小位移测量
- 变面积式：线性范围宽，但灵敏度低一些
我的经验：变气隙式传感器，气隙变化一般控制在0.1~0.5mm范围内，线性度最好。超过这个范围，非线性误差会明显增大。我曾经试过把气隙拉到1mm，结果输出曲线弯得跟弓似的，根本没法用。
3.2 差动变压器式传感器
差动变压器式传感器，简称LVDT（Linear Variable Differential Transformer）。这个名字听起来挺唬人，其实结构就是三个线圈：一个初级线圈，两个次级线圈，中间有个可移动的铁芯。
工作原理是这样的：初级线圈通入交流激励信号，两个次级线圈感应出电压。铁芯在中间位置时，两个次级线圈的感应电压相等，输出为零。铁芯移动时，一边电压升高，另一边降低，输出差值就反映了位移的大小和方向。
为什么叫“差动”？
因为两个次级线圈是反向串联的，输出是它们的电压差。这种结构的好处是：能抵消温度漂移和电源波动的影响，精度比单线圈高得多。
LVDT的典型性能参数：
| 参数 | 典型值 |
|---|---|
| 测量范围 | ±0.1mm ~ ±500mm |
| 线性度 | 0.1% ~ 0.5% |
| 分辨率 | 无限（理论上） |
| 激励频率 | 1kHz ~ 10kHz |
我个人习惯用LVDT做精密位移测量，比如材料疲劳试验中的应变测量。它的分辨率理论上无限，实际受限于后端信号处理的噪声水平。我曾经用24位ADC配合LVDT，做到了0.1微米的分辨率，那感觉，真爽。
注意：LVDT的输出是交流信号，需要经过解调才能得到直流电压。解调电路的设计很关键，搞不好会引入相位误差和温漂。我建议用同步解调，抗干扰能力强。
3.3 电涡流式传感器
电涡流式传感器，这个就有点意思了。它利用的是高频电磁场在金属导体中产生的涡流效应。当线圈通入高频电流时，附近如果有金属物体，金属表面就会感应出涡流，这个涡流反过来又会影响线圈的阻抗。
说白了，就是线圈离金属越近，涡流越强，线圈的等效阻抗变化越大。通过测量阻抗的变化，就能知道距离。
电涡流传感器的特点：
- 非接触测量：这是最大的优势，没有机械磨损
- 频率响应高：可以测到几十kHz的振动信号
- 只对金属敏感：非金属材料不影响测量
- 受材料影响：不同金属的电导率和磁导率不同，标定要针对具体材料
我做过一个项目，用涡流传感器监测高速旋转轴的振动。转速上万转，普通接触式传感器根本没法用。涡流传感器装上去，信号干净利落，轴心轨迹图一目了然。
避坑指南：我曾经遇到过一个问题——传感器装好后，输出信号一直有低频漂移。查了半天，发现是安装支架的热膨胀导致的。金属支架受热膨胀，传感器和被测轴之间的距离变了，输出自然就漂了。后来换成殷钢支架，问题解决。
3.4 三种传感器的对比与选型
这三种传感器各有各的脾气，选型的时候得看具体需求。我整理了一个对比表，方便你参考：
| 类型 | 测量原理 | 测量范围 | 精度 | 频率响应 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|---|
| 自感式 | 自感变化 | 0.1~10mm | 中等 | 低（<1kHz） | 压力、位移 |
| 差动变压器式 | 互感变化 | ±0.1~±500mm | 高 | 中（<5kHz） | 精密位移、应变 |
| 电涡流式 | 涡流效应 | 0.5~50mm | 高 | 高（<100kHz） | 振动、转速、探伤 |
选型时，我一般会先问三个问题：
- 要不要接触？——要接触就选自感或差动，不要接触就选涡流
- 测多快的信号？——慢变信号三种都行，高频振动只能选涡流
- 精度要求多高？——差动变压器精度最高，自感式次之，涡流式受材料影响大
嗯，这里要注意一点：涡流传感器的标定一定要用实际被测材料的试件来做。不同材料的电导率差异很大，用钢标定好的传感器去测铝，误差能到20%以上。我吃过这个亏，后来学乖了。
3.5 信号处理要点
电感式传感器的输出信号，一般都比较微弱，需要经过调理才能送到ADC。常见的信号处理流程：
传感器 → 交流电桥/谐振电路 → 放大 → 解调 → 滤波 → ADC几个关键点：
- 激励源：频率要稳定，幅度要稳。我用DDS（直接数字频率合成）做激励源，比RC振荡器稳定得多
- 解调方式：同步解调比包络检波好，能抑制噪声和干扰
- 滤波：截止频率根据被测信号的最高频率来定，别一刀切
我的习惯：在解调之后，我会加一个二阶低通滤波器，截止频率设为被测信号最高频率的3~5倍。这样既能滤掉高频噪声，又不会影响有用信号的相位。
好了，电感式传感器这块就聊到这儿。三种传感器各有千秋，选对了就是好工具。下次你遇到位移或振动测量需求，不妨想想今天聊的这些东西。
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