5磁电式传感器课案.ppt

第5章 磁电式传感器 5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 下页 返回 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的； 霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电动势的。 图库 5.1 磁电感应式传感器 下页 上页 返回 磁电感应式传感器也称为电动式传感器，或感应式传感器。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。因此它是一种机―电能量换型传感器，不需供电电源，是直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出。 传感器的重量和尺寸较大。 图库 5.1.1 工作原理和结构类型 磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础的，根据电磁感应定律，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁链对时间的变化率，即 下页 上页 返回 W ― ―线圈匝数： Φ ― ―线圈所包围的磁通量。 若线圈相对磁场运动为速度v或角转度ω时，则可得 e＝-WBlv 或 e＝-WBsω 在传感器中，当结构参数确定后．即B、l、W、s均为定值，那么感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比。 根据上述原理。人们设计了两种类型的结构：一种是变磁通式；另一种是恒定磁通式。 图库 5.1.1 工作原理和结构类型 下页 上页 返回 图5-1 变磁通式磁电感应式传感器结构原理图 图库 1 变磁通式 变磁通式磁电感应传感器一般做成转速传感器，产生感 应电动势的频率作为输出，而电动势的频率取决于磁通变化 的频率。 如图所示开磁路变磁通式转速传感器。测量齿轮4安装在被测转轴上与其一起旋转。当齿轮旋转时，齿的凹凸引起磁阻的变化，从而使磁通发生变化，因而在线圈3中感应出交变的电势，其频率等于齿轮的齿数Z和转速n的乘积，即 式中：Z为齿轮齿数；n为被测轴转速(r/min)；f为感应电动势频率(Hz)。这样当已知Z，测得f就知道n了。 5.1.1 工作原理和结构类型 1 变磁通式 其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线 圈4均固定，动铁心3(衔铁)的运动使 气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变 化而在线圈中产生感应电势，称 变磁阻式结构。 被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮5的转速n(r/min)成正比，即 f = n/30。 A-线圈截面积；B= Bmax- Bmin,磁路中最大与最小磁感应强度 5.1.1 工作原理和结构类型 5.1.1 工作原理和结构类型 下页 上页 返回 图5-2 恒定磁通路电感应式传感器结构原理图 图库 在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈切割磁力线而产生。这类结构有两种，动圈式和动铁式，如图示。 2 恒磁通式 恒磁通式结构 (a)动圈式；(b)动铁式 5.1.1 工作原理和结构类型 图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。 当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电势e为 (5-2) 式中? B——气隙磁通密度(T)；  l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m) l＝laW(la为每匝线圈的平均长度)????? v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(v=dx/dt, m/s)。 5.1.1 工作原理和结构类型 当传感器的结构确定后，式(5-2)中B、la、W都为常数，感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为 为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加la和W也能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。 为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传感器基本性能要求。????????????? (5-3) 5.1.1 工作原理和结构类型 下页 上页 磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量，因此动态特性是这种传感器的主要性能。应用机械阻抗概念分析机械振动系