传感技术 第3章 变磁阻式传感器(1)..ppt

第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 气隙变小，电感变大，电流变小 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 1.铜损电阻Rc取决于导线材料及线圈的几何尺寸。 2.涡流损耗电阻Rｅ? 由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。根据经典的涡流损耗计算公式知，为降低涡流损耗，叠片式铁心的片厚应薄；高电阻率有利于损耗的下降，而高磁导率却会使涡流损耗增加。 3.磁滞损耗电阻Rh铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转而要克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。 4.并联寄生电容C的影响并联寄生电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。 第3章 变磁阻式传感器 一.工作原理与输出特性 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁心线圈。 按磁路几何参数变化形式的不同，目前常用的自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种；按磁路的结构型式又有Π型、E型或罐型等等；按组成方式分，有单一式与差动式两种。 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 可见，变面积式传感器在忽略气隙磁通边缘效应的条件下，输出特性呈线性，因此可望得到较大的线性范围。与变气隙式相比较，其灵敏度较低。欲提高灵敏度，需减小δ，但同样受到工艺和结构的限制。δ值的选取与变气隙式相同。 第3章 变磁阻式传感器 3.螺管式自感传感器 ?? 螺管式自感传感器由平均半径为r的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。随着衔铁插入深度的不同将引起线圈泄漏路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 采用差动式结构，除了可以改善非线性、提高灵敏度外，对电源电压与频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，从而提高了传感器的稳定性。右图表示传感器非线性改善的情况。 第3章 变磁阻式传感器 二.测量电路 1.电桥电路 自感式传感器常用的交流电桥有以下几种。 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 第3章 变磁阻式传感器 2.谐振电路 谐振电路如图3.8(a)所示。图中Z为传感器线圈，E为激励电源。设图(b)中曲线1为图(a)回路的谐振曲线。若激励源的频率为f，则可确定其工作在A点。当传感器线圈电感量变化时，谐振曲线将左右移动，工作点就在同一频率的纵坐标直线上移动(例如移至B点)，于是输出电压的幅值就发生相应变化。这种电路灵敏度很高，但非线性严重，常与单线圈自感式传感器配合，用于测量范围小或线性度要求不高的场合。 第3章 变磁阻式传感器 图3.8?(ａ)谐振电路?(ｂ)谐振曲线 3.恒流源电路 这种电路与大位移(螺管式)自感传感器配用，见图3.9。传感器线圈用恒流源激励，ｕ1是衔铁在螺管线圈内移动时线圈两端的电压，ｕ2是与ｕ1反相、幅值恒定的电压，ｕ0为电路输出电压。于是，ｕ0＝ｕ1-ｕ2。ｕ2的作用是抵消电压的非线性部分，使输出电压呈线性。由图可见，当衔铁刚进入传感器线圈时，其电压灵敏度dU/dｌa较低，线性也较差。当ｌaｌ′后，灵敏度提高，线性改善，进入工作区域。 第3章 变磁阻式传感器 图3.9? 大位移自感式传感器工作原理 (ａ)电原理图；(ｂ)输出特性 第3章 变磁阻式传感器 4.调频电路 第3章 变磁阻式传感器 当传感器线圈电感L发生变化时，调频振荡器的输出频率相应变化。利用阶梯形无骨架线圈，可使衔铁的位移变化与输出频差变化呈线性关系。传感器的结构见图3.10。 由于输出为频率信号，这种电路的抗干扰能力很强，电缆长度可达1km，特别适合于野外现场使用。 第3章 变磁阻式传感器 5.相敏检波电路 相敏检波电路是常用的判别电路。下面以带二极管式环形相敏检波的交流电桥为例介绍该电路的作用。 第3章 变磁阻式传感器 如图3.11(a)所示，Z1、Z2为传感器两线圈的阻抗，Z3＝Z4构成另两个桥臂，U为供桥电压，U为输出。当衔铁处于中间位置时，Z1＝Z2＝Z，电桥平衡，U＝0。若衔铁上移，Z1增大，Z2减小。如供桥电压为正半周，即A点电位高于B点，二极管D1、D4导通，D2、D3截止。在A—E—C—B支路中，C点电位由于Z1增大而降低；在A—F—D—B支路中，D点电位由于Z2减小而增高。因此D点电位高于C点，输出信号为正 第3章 变磁阻式传感器 如供桥电压为负半周，B点电位高于A 点，二极管D2、D3导通，D1、D4截止。在B—C—F—A支路中，C点电位由于Z2减小而比平衡时降低；在B—D—E—A支路中，D点电位则因Z1增大而比平衡时增高。因此D点电位