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传感器技术 课件 第6章 磁电式传感器.pptx

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第6章磁电式传感器

6.1磁电感应式传感器

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。

原理:磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生

感应电势的传感器。

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。(它还可以作为

逆变器使用,称之为反馈式传感器、力平衡式传感器。)

特点:电路简单,性能稳定,输出阻抗小,有具有一定的频率响应范围(10~1000Hz),适用于振动、转速、扭矩等测量。

6.1.1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

N--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w时,上式改写为

e=-NBlv或e=-NBsw

在传感器中,当结构参数确定后.即B、1、N、s均为定值,

那么感应电势e与线圈相对磁场的运动速度(v或w)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。

(a)(b)

1.被测转轴;2.铁心;3.线圈;4.软铁;5.永久磁铁

图(a)为开磁路变磁通式传感器:当被测旋转体转动时,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。

图(b)为闭磁路变磁通式传感器:当被测转轴转动时,使气隙磁阻产生周期性变化,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动势,感应电势的频率与被测转速成正比。

1变磁通式磁电感应式传感器结构原理图

(a)(b)

1.金属骨架;2.弹簧;3.线圈;4.永久磁铁;5.壳体

2恒磁通式磁电感应式传感器结构原理图

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)(图(a)),也可以是磁铁(动铁式)(图(b)),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,运动部件质量相对较大,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振动速度,磁铁与线圈的相对运动切割磁力线,从而产生与运动速度成正比的感应电势。

e=-NB,lv

6.1.2特性简要分析

磁电感应式传感器只适用于测量动态物理量,因此动态特

性是其主要性能之一。因磁电感应式传感器内部的结构运动属

机械系统,应用机械阻抗概念分析机械振动系统有很多方便之

处。可以用简单的代数方法解出描述系统动态特性的传递函数

方程,而不必去解微分方程,但分析的结果则完全一致。

当传感器的工作温度发生变化或受到外界磁场干扰、机械

振动或冲击时,其灵敏度发生变化而产生测量误差,相对误

差为

实际应用中应考虑非线性误差、温度误差等指标。

6.1.3测量电路

一、测量电路的方框图

磁电感应式传感器直接输出感应电势,由于该传感器通常具有较高的灵敏度,所以一般不需要增益放大器。但磁电感应式传感器是速度传感器,如要获取位移或加速度信号,

就需配用积分电路或微分电路。

微分电路

O

前置放大积分电路

S

显示

主放大器一

记录

→或

量程选择。

磁电式传感器

一个实用的有源

积分电路图:

R₃R₄

三C₅

C₂RsC₄

C₂R₂

u。

FC33—O

+

(a)

有源和无源积分电路的对数渐近幅频特性:

2011gGl/dB↑加接输入电容C₁

有源积分电路

20

Rf

C

raAa

+

Re

无源积分

电路

原理图:

有源积分

电路

原理图:

R

ui

0

-20dB/十倍频

二、积分电路

201g

0-

R

Wf

C₁

R₁

-O

u。

C₁o---I1-

无源积分电路

C二

-0—ui

-O

u。

@o

O

R

-20

三、微分电路

R

uiC

O--Aa

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