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5.1 磁电式传感器 五邑大学 信息工程学院 5.1 磁电式传感器 最简单的把磁转换成电的磁传感器就是线圈。 根据电磁感应定律，在切割磁通的电路里，产生与磁通相变化速率成正比的感应电动势。 磁电式传感器 通过电磁感应原理将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号； 利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势，属于机-电能量变换型传感器； 它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号。 优点: 不需要供电电源； 电路简单，性能稳定，输出阻抗小； 但只适合进行动态测量，工作频带一般为10~1000Hz。 本节主要内容 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 5.1.2 动圈式磁电传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 法拉第电磁感应定律： 当线圈在均匀磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内感应电动势E与磁通变化率dΦ/dt: 这时感应电势为： 如果线圈是N匝，磁场强度是B，每匝线圈的平均长度la，线圈相对磁场运动的速度为υ=dx/dt， 整个线圈中所产生的电动势为： 不同类型的磁电式传感器 磁通量Ф的变化实现办法: 磁铁与线圈之间做相对运动； 磁路中磁阻的变化； 恒定磁场中线圈面积的变化。 直接应用：测定速度 磁电传感器结构: 变磁通式和恒磁通式 5.1.2 动圈式磁电传感器 1. 动圈式磁电传感器原理 2. 动圈式磁电传感器结构 1. 动圈式磁电传感器原理 2. 动圈式磁电传感器结构 磁电式传感器构成： 1、磁路系统 由它产生恒定直流磁场。 为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁； 2、线圈 由它运动切割磁力线产生感应电动势。 作为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。 磁电式振动传感器的结构原理 5.1.3 磁阻式磁电传感器 工作原理及特点： 线圈和磁铁部分都是静止的； 与被测物连接而运动的部分是用导磁材料制成的； 在运动中，改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势； 用来测量转速，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而感应电动势的频率取决于磁通变化的频率。 结构：开磁路、闭磁路 开磁路磁阻式转速传感器 闭磁路磁阻式转速传感器 磁阻式转速传感器特点： 传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度，因而它是与被测速度成一定比例关系的。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。 所以这种传感器有一个下限工作频率，一般为50Hz左右，闭磁路转速传感器的下限频率可降低到30Hz左右。其上限工作频率可达100Hz。 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 地震检波器—动圈式 结构：由磁铁、线圈（带框架）、弹簧片组成，线圈（带框架）相当于质量块。 特性分析：地震检波器可等效为：质量块-弹簧-阻尼（m-k-c）系统 磁电式速度传感器的频率响应特性曲线 测量振动速度的原理 磁电式转速传感器 *信息工程学院 * 磁是人们所熟悉的一种物理现象，磁传感器具有古老的历史 其中：k为比例系数； E为感应电势； φ为磁通。 E的单位为伏特（V） φ的单位为韦伯（Wb） t的单位为秒（s）时 k＝1 积分电路 位移 微分电路 加速度 磁路系统产生恒定的直流磁场， 磁路中的工作气隙固定不变， 因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图(a) ）和动铁式（图(b)）的工作原理是完全相同的。 恒磁通式磁电传感器 由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。 条件：弹簧较软；运动部件质量相对较大；振动频率足够高（远大于传感器固有频率）。 运动过程：运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度, 磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势。 磁式电振动传感器 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。 变磁通式磁电传感器 图5.1.1 动圈式磁电传感器原理图 线圈运动部分的磁场强度B均匀， 当线圈与磁场的相对速度为υ时，线圈的感应电动势： α为运动方向与磁场方向间夹角， 当α＝90°，线圈的感应电动势为： 当N、B和la恒定不变时，E与υ=dx/dt成正比， 根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 图5.1.2