《测试技术与传感器》课件第8章.ppt

由式(8-22)可知，霍尔电势与位移量呈线性关系，且磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度越好。当x=0时，元件置于磁场中心位置，UH=0。输出极性反映元件的位移方向，这种位移传感器可测量1～2mm的微小位移。图8-6霍尔式位移传感器的结构及磁场强度的变化曲线2.霍尔式转速传感器图8-7所示为几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可计算出被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速的分辨率。图8-7几种霍尔式转速传感器的结构8.2磁电感应式传感器磁电感应式传感器是利用电磁感应定律将被测量转换成感应电动势输出的一种传感器。这种传感器不需要辅助电源，所以是一种有源传感器，也称做磁电式传感器或电动式传感器。8.2.1磁电感应式传感器的工作原理根据电磁感应定律，当导体在稳恒均匀磁场中沿垂直磁场方向运动时，导体内产生的感应电势为(8-23)式中：B为稳恒均匀磁场的磁感应强度；l为导体的有效长度；v为导体相对磁场的运动速度。当一个W匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电势e与磁通变化率dφ/dt有如下关系:(8-24)根据以上原理，人们设计出两种磁电式传感器:变磁通式磁电传感器和恒磁通式磁电传感器。变磁通式磁电传感器又称为磁阻式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度，图8-8是变磁通式磁电传感器的结构原理图。图8-8(a)所示为开磁路变磁通式磁电传感器，线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的旋转体。图8-8(b)所示为闭磁路变磁通式磁电传感器，它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁及感应线圈组成，内、外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴的转动而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性的变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。图8-8变磁通式磁电传感器的结构原理图图8-9为恒定磁通式磁电传感器的结构原理图。它由永久磁铁、线圈组件(线圈和金属骨架)、弹簧等组成。图8-9恒定磁通式磁电传感器结构原理图磁路系统中产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中的磁通也是恒定不变的。恒定磁通式磁电传感器可分为动圈式和动铁式两种，前者的运动部件是线圈，如图8-9(a)所示，后者的运动部件是磁铁，如图8-9(b)所示。动圈式和动铁式的工作原理是完全相同的。当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件的质量相对较大，因此当振动频率足够高(远大于传感器固有频率)时，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的振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势，其计算公式为e=-B0lWv(8-25)式中：B0为工作气隙磁感应强度；l为每匝线圈的平均长度；W为线圈在工作气隙磁场中的匝数；v为相对运动速度。由上述原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量，可直接测量振动物体的速度或旋转体的角速度。磁电感应式传感器直接输出感应电动势，能输出较大的信号，所以对变换电路要求不高，因此一般的交流放大器就能满足要求。若要获取被测位移或加速度的值，则需要结合使用积分或微分电路。8.2.2磁电感应式传感器的应用图8-10是磁电式振动速度传感器的结构示意图。永久磁铁3通过铝架4和用圆筒形导磁材料制成的壳体７固定在一起，形成磁路系统，壳体还起屏蔽作用。磁路中有两个环形气隙，右气隙中放有工作线圈6，左气隙中放有用铜或铝制成的圆环形阻尼器2，它们与心轴5连在一起组成质量块，用圆形弹簧片１和8支承在壳体上，壳体与被测物体固连在一起。当被测物体振动时，壳体将与其一起振动，质量块将