【课件】传感器与检测技术磁电式传感器原理要素.ppt

实例：振动速度传感器 应用－振动监测 转速测量 永久磁铁 线圈 弹簧 阻尼器 电磁阻尼：线圈金属骨架在磁场中运动产生感应出涡流而受到反方向的作用力。 空气阻尼： 壳体:提供闭合磁路、磁屏蔽 动态特性分析－二阶系统表示 磁感应强度：又称磁通密度，单位体积/面积里的磁通量，用于描述磁场的能量的强度的物理量，是一个矢量，符号是B，单位是特（斯拉）(T)。 磁场强度，是在研究磁介质、推导有磁介质的安培环路定理时引入的辅助物理量，无物理意义，是一个矢量，符号是H，单位是按（培）/米(A/m)。  B与H的比值即介质的绝对磁导率μ。 设：x0---振动体的绝对位移；xm---质量块的绝对位移 于是可求出xm与x0的传递函数 于是可求xm或 xt与x0的振幅比与相位误差 其中：x0---振动体的绝对位移；xm---质量块的绝对位移 * * 第五章 磁电式传感器 第一节 磁电感应式传感器 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称为电动式传感器。它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的。 它是一种机-电能量变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围（一般为10～1000Hz），适用于振动、转速、扭矩等测量。但这种传感器的尺寸和重量都较大。 一、类型及其工作原理 磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的。根据法拉第 电磁感应定律可知，N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线 圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势e的大 小取决于穿过线圈的磁通Φ的变化率，即 根据这个原理，可将磁电感应式传感器分为恒定磁通式和 变磁通式两类。 （一） 恒定磁通式 如图5-1所示，恒定磁通磁电感应式传感器由永久磁铁（磁钢）4、线圈3、 弹簧2、金属骨架1、和壳体5等组成。磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙是固定不变的，因而气隙中的磁通也是恒定不变的。 （一） 恒定磁通式 它们的运动部件可以是线圈也可以是磁铁，因此又分为动圈式和动铁式两 种结构类型。在动圈式（见图5-1a）中，永久磁铁4与传感器壳体5固定， 线圈3和金属骨架1（合称线圈组件）用柔软弹簧2支承。 （一） 恒定磁通式 在动铁式（图5-1b）中，线圈组件（包括件3和件1）与壳体5固定，永久磁铁4用柔软弹簧2支承。两者的阻尼都是由金属骨架1和磁场发生相对运动而产生的电磁阻尼。 这里动圈、动铁都是相对于传感器壳体而言。动圈式和动铁 式的工作原理是完全相同的，当壳体5随被测振动体一起振 动时，由于弹簧2较软，运动部件质量相对较大，因此振动 频率足够高（远高于传感器的固有频率）时，运动部件的惯 性很大，来不及跟随振动体一起振动，近于静止不动，振动 能量几乎全被弹簧2吸收。永久磁铁4与线圈3之间的相对运 动速度接近于振动体的振动速度。磁铁4与线圈3相对运动使 线圈3切割磁力线，产生与运动速度v成正比的感应电动势 式中 B：工作气隙磁感应强度； N0：线圈处于工作气隙磁场中的匝数，称为工作匝数； l ：每匝线圈的平均长度。 由理论推导可得，当振动频率低于传感器的固有频率时，这 种传感器的灵敏度（e/v）是随振动频率而变化；当振动频率 远大于固有频率时，传感器的灵敏度基本上不随振动频率而 变化，而近似为常数；当振动频率更高时，线圈阻抗增大， 传感器灵敏度随振动频率增加而下降。 不同结构的恒定磁通磁电感应式传感器的频率响应特性是有 差异的，但一般频响范围为几十赫至几百赫。低的可到10Hz 左右，高的可达2kHz左右。 (二) 变磁通式 又称为变磁阻磁电感应式传感器或变气隙磁电感应式传感器， 常用来测量旋转物体的角速度。它们的结构原理如图5-2所示。 图5-2a为开磁路变磁通式，线圈3和磁铁5静止不动，测量齿轮2（导磁材料制 成）安装在被测旋转体1上，随之一起转动，每转过一个齿，它与软铁4之间 构成的磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈3中产生的感应电动势的 变化频率等于测量齿轮2上齿轮的齿数和转速的乘积。 这种传感器结构简单，但需在被测对象上加装齿轮，使用不方便，且因高速轴 上加装齿轮会带来不平衡而不宜测高转速。 b为闭磁路变磁通式结构示意图，被测转轴1带动椭圆形测量轮2在磁场气隙中 等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻也周期性地变化， 磁通同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮2的 转速n（r·min-1）成正比,即f = n/30。在这种结构中，也可以用齿轮代替椭圆形 测量轮2，软铁（极掌）4制成内齿轮形式，这时输出信号频率为f = nZ/60， 其中Z为测量齿轮的齿数。 二、设计要点 磁电感应式传感器有两个基本元件：一个是产生恒定直