传感器第7章1磁电式

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1、第7章磁电式传感器主要内容：1.磁电式传感器的工作原理；2.磁电式传感器的测量电路；3.磁电式传感器的应用。第7章磁电式传感器磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；工作频带一般为10~1000Hz。磁电式传感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。磁电式传感器机械能电量第7章磁电式传感器7.1磁电式传感器的惯性

2、测量原理及其数学模型7.1.1惯性测量原理磁电式传感器的基本工作原理是建立在电磁感应定律的基础上，即：，此式成立的条件有两个：1）产生磁通的磁场固定不变，导线或线圈相对磁场运动切割磁力线便产生感应电势e;2）导线或线圈固定不动磁场本身产生变化，即有梯度存在产生感应电势。综上，产生感应电势的唯一条件是二者必须有相对变化，这样将传感器安装在被测的运动体上，不需要参考坐标系就可通过测量这种相对运动而获得被测体的绝对运动。故称为相对测量原理，也称惯性原理。线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线，感生电势为：B：磁场磁感应强度；l:每匝线圈的长度θ：运动方向与磁场方向之间的

3、夹角；v:线圈与磁场之间的相对运动速度线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电势为：S：每匝线圈的截面积θ：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角；ω:线圈与磁场之间的相对运动角速度(a)旋转型（；(b)平移型（变气隙）第7章磁电式传感器两种基本类型恒定磁通式：工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。变磁阻式：磁铁、线圈均不动，感应电势由变化的磁通产生。如图示转速测量：1一永久磁铁2一软磁铁，3一感应线圈4一测量齿轮第7章磁电式传感器磁阻调制(变磁阻)型磁电式传感器的工作原理开磁路磁电式转速传感器1-被测旋转体；2-测量齿轮；3

4、-线圈；4-软铁；5-永久磁铁原理：磁阻变化→线圈产生感应电动势→输出周期感应脉冲信号，f=Nn/60N—齿轮的齿数；n—转速(r/min)；f—感应脉冲信号频率。第7章磁电式传感器7.1.2惯性测量原理的数学模型1.磁电式传感器的结构永久磁铁线圈弹簧阻尼器2.相对测量原理数学分析电磁阻尼：线圈金属骨架在磁场中运动产生感应出涡流而受到反方向的作用力。空气阻尼：第7章磁电式传感器mckx0xm设：x0---振动体的绝对位移；xm---质量块的绝对位移第7章磁电式传感器当w>>wn（w>3wn)时，xt/x0=1xt=x0,m看作静止不动φ=-180°当w>>wn（w>

5、3wn)时，xt/x0=1xt=x0,m看作静止不动φ=-180关于工作频段：阻尼比ζ的影响：ζ较大（0.7左右），减小共振峰，改善低频响应。固有频率wn的影响：降低wn，扩大低频段。理想情况，当w>>wn线圈中的感应电势：e=WBlv灵敏度：S=WBl振动速度输出电压vAvBvC工作范围实际特性理想特性速度太小（〈vA),惯性力不足以克服摩擦力速度太大（〉Vc),惯性太大，超出弹簧弹性范围实际输出特性第7章磁电式传感器7.2磁电式传感器7.2.1结构特点动铁式：线圈组件与传感器壳体固定，永久磁铁用柔软的弹簧支撑。又称惯性式动圈式：永久磁铁与传感器壳体固定，线圈组件

6、用柔软的弹簧支撑。相对动铁式，惯性质量小，增加阻尼比。直接式壳体固定于一部件上，通过顶杆与另一部件相连接动圈式NS永久磁铁线圈弹簧7.2.2磁电式传感器的误差温度误差/永久磁铁的不稳定性误差/非线性误差第7章磁电式传感器第7章磁电式传感器7.3磁电式传感器的应用属于惯性式传感器。是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位移量的大小。也可

7、以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。实例：振动速度传感器动圈式振动传感器弹簧片阻尼杯磁钢芯轴壳体线圈引线1—弹簧2—壳体3—阻尼环4—磁钢5—线圈6—芯轴在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢4与壳体2一起随被测系统的振动而振动。装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动。1—顶杆2—弹簧片3—磁钢4—线圈5—引出线6—壳体直接式磁电式传感器，用来测量振动系统中两部件之间的相对振动速度。壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势来。第7章磁电式传感器磁电式扭矩传感器结构示