生物医学传感电感式.ppt

**～～～e2R21R22e21e22e1R1M1M2L21L22L1I1e1初级线圈激励电压L1、R1初级线圈电感和电阻M1、M1分别为初级与次级线圈1,2间的互感L21、L22两个次级线圈的电感R21、R22两个次级线圈的电阻螺管式差动变压器等效电路第31页，共66页，星期日，2025年，2月5日**ω—激励电压的角频率；e1—激励电压的复数值；由于Il的存在，在次级线圈中产生磁通式中：Rm1及Rm2分别为磁通通过初级线圈及两个次级线圈的磁阻，N1为初级线圈匝数。初级线圈的复数电流值为：第32页，共66页，星期日，2025年，2月5日**N2为次级线圈匝数。在次级线圈中感应出电压e21和e22，其值分别为：因此空载输出电压：其幅值：第33页，共66页，星期日，2025年，2月5日**在线性范围内，输出电动势随衔铁正、负位移而线性增大。输出含有零点残余电压,根据输出的大小判断位移的大小,但不能辨别位移的方向.0e2e2e21e22x差动变压器输出电压特性曲线第34页，共66页，星期日，2025年，2月5日**2、零点残余电压定义：把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压。（x＝0，U0＝e2≠0)产生原因：（1）两个二次测量线圈的等效参数（电感、电阻）不对称；（2）铁芯的B-H特性的非线性。第35页，共66页，星期日，2025年，2月5日**3、减小零点残余电压措施补偿原理：改变二次线圈的阻抗，使两个二次输出电压的大小和相位改变，使零点电压最小。（1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称，线圈绕制要均匀。铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。（2）采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压。（3）在电路上进行补偿。补偿零点残余电压的电路：第36页，共66页，星期日，2025年，2月5日**差动变压器的补偿电路零点残余电压可用相敏整流器或差动整流电路消除。串联电阻补偿基波分量，并联电容补偿高次谐波。第37页，共66页，星期日，2025年，2月5日**4、差动变压器的测量电路差动整流电路：电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的方向。整流器件：二极管及由它们组成的电桥。常常采用差动整流电路和相敏检波电路。第38页，共66页，星期日，2025年，2月5日**典型差动整流电路半波电压输出半波电流输出全波电压输出全波电流输出第39页，共66页，星期日，2025年，2月5日**【例】全波电压输出不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何。全波电压输出电阻R0用于调整零点残余电压第40页，共66页，星期日，2025年，2月5日**5、差动变压器的特性1）灵敏度与激励电动势的关系差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动一个单位距离时的输出电压。激励电动势e1越大，灵敏越高。但e1过大时会使差动变压器线圈发热而引起输出信号漂移，e1可取零点几伏到数伏，常取3~8V。第41页，共66页，星期日，2025年，2月5日**2）灵敏度与激励电源频率的关系激励电源频率过高或过低都会使灵敏度降低，通常选4~10kHz。二次线圈匝数越多，灵敏度越高，两者成线性关系。但是匝数增加，零点残余电压也随之变大。3）灵敏度与二次线圈匝数的关系第42页，共66页，星期日，2025年，2月5日**6、差动变压器式传感器的应用电感测微仪及其电路框图a）轴向式测头b）测量电路框图1-引线2-线圈3-衔铁4-测力弹簧5-导杆6-密封罩7-测头1）、电感测微仪第43页，共66页，星期日，2025年，2月5日**第44页，共66页，星期日，2025年，2月5日**第45页，共66页，星期日，2025年，2月5日**2、电感式压力传感器12345671接头；2膜盒；3底座；4线路板；5差动变压器；6衔铁；7罩壳可分档测量(–5×105~6×105)N/m2压力，输出信号电压为(0~50)mV，精度为1.5级。第46页，共66页，星期日，2025年，2月5日**3、电感式加速度传感器用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1~5)mm，振动频率为(0~150)Hz。12a31悬臂梁；2差动变压器；3