第十一次课 电感式传感器4月30

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1、主要内容：1.掌握三种电感式传感器工作原理及结构性能2.掌握其测量电路3.了解电感式传感器的应用电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、压力、流量、振动等物理参数。一自感式电感传感器1、工作原理——可变磁阻式原理:电磁感应自感L与气隙δ成反比，而与气隙导磁截面积A成正比。变气隙式自感传感器灵敏度：变面积式自感传感器灵敏度输出特性为线性，因此测量范围大。要提高灵敏度，气隙厚度δ不能过大。螺管式自感传感器工作原理：当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。结构简单、制造容易，但灵敏度低，适

2、用于较大位移(数毫米)测量。差动式自感传感器两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性，实际中常用。互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。实际中多采用螺管线圈型差动变压器。二、互感式电感传感器由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。实际中多采用螺管线圈型差动变压器。工作原理三、电涡流式传感器传感器线圈的等效阻抗Z变化：♦若改变距离x，可将位移变化转换为线圈自感变化，通过测量电路变

3、为电压输出；若ρ(μ)改变，可进行探伤或材质鉴别等测量电路差动式自感传感器的线圈可以用复阻抗Z等效，常采用交流电桥、谐振电路等测量。一、交流电桥将直流电桥的电阻R用阻抗Z代替，阻抗写成矢量形式，则交流电桥平衡条件为：交流电桥有不同的组合，常用的有电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻，而另外两臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或电感。即使纯电阻交流电桥，导线之间形成的分布电容也会影响桥臂阻抗值，相当于在各桥臂的电阻上并联了一个电容，因此须进行电阻和电容的平衡调节。交流电桥的调制与解调被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变的微弱信号，还往往有

4、各种噪声信号。为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，往往给被测信号赋予一定特征——调制的主要功用。?调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。?在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题，提高被测信号抗干扰能力。常用的调制方法：——载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）,即调幅、调频和调相；——载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。对应于正弦信号的三要素：幅值、频率

5、和相位，调制可分为调幅AM、调频FM和调相PM；其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。2)调幅与解调原理调幅是将一个高频正弦信号(载波)与被测信号相乘，使载波信号的幅值随被测信号的变化而变化。由傅里叶变换的性质调幅过程相当于“频谱”搬移过程若调制信号为简谐信号（正弦或余弦，单一频率fs），调幅波的频谱也是离散谱，以载波信号f0为中心，仅仅位于频率f0－fs和f0＋fs两个边频处，其幅值等于两个信号幅值乘积的1/2。若调制信号为一般周期信号，其包含多个频率分量(f1、f2、…)，则调幅波的频谱仍为离散谱，谱线以载波信号f0为中心，分别位于f0

6、±f1、f0±f2、…，即调制信号的每一个频率分量均产生一对边频。若调制信号为瞬态信号(连续谱，信号最高频率fm)，则调幅波的频谱也是连续谱，位于f0±fm之间。只有f0>>fm，频谱不会产生交叠现象。为了正确进行信号调制，调幅信号的频宽（2fm）相对于中心频率（载波频率f0）应越小越好，实际载波频率通常f0≥10fm解调时，滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。但载波频率的提高受到后续放大电路截止频率的限制。幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电桥作为载波信号，则电桥的

7、输出为调幅波。解调原理——同步解调3)幅值调制信号的解调——相敏检波电路相敏检波电路(与滤波器配合)可以将调幅波还原成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位的能力。下面给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输出关系图。它由四个特性相同的二极管D1～D4沿同一方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于桥路平衡。四个端点分别接在变压器A和B的次级线圈上，变压器A的输入为调幅波xm(t)，B的输入信号为载波y(t)，uf为输出。