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1、第五章磁电式传感器磁电感应式传感器又称磁电式传感器,是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号,是有源传感器。由于它输出功率大且性能稳定,具有一定的工作带宽（10～1000Hz）,所以得到普遍应用。定义利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。直接将机械能转换为电能，是有源传感器。第一节磁电感应式传感器一、类型及其工作原理电磁感应定律N匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁
2、通变化时，线圈中所产生的感应电动势e的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率，即当线圈的导体与磁场之间做相对切割磁力线运动时，在导体中产生感应电动势。由此可设计一类恒磁通式磁电传感器。用于测量振动及线速度。NSLve（一）恒定磁通式动圈式动铁式恒磁通式磁电传感器由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。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）,也可以是磁铁（动铁式）,动圈式（（a））和动铁式（(b)）的工作原理是完全相同的。当壳体随被测
3、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,从而产生感应电势为特点：1、磁路系统产生恒定的直流磁场。气隙不变，磁通不变。2、磁铁与线圈之间相对切割磁力线运动。线圈产生的感应电势为式中:B——工作气隙磁感应强度;——每匝线圈平均长度;——线圈在工作气隙磁场中的匝数;v——相对运动速度
4、。（二）变磁通式又称为变磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的角速度。开磁路变磁通式开磁路变磁通式:线圈、磁铁静止不动,测量齿轮安装在被测旋转体上,随之一起转动。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齿数的乘积。当齿轮的齿数Z确定以后，若能测出f就可求出转速n(n＝60f／z)。这种传感器结构简单，但输出信号小，转速高时信号失真也大，在振动强或转速高的场合，往往采用闭磁路。闭磁路变磁通式变磁通式传感器对环境条件要求不高闭磁路变磁通
5、式,它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成,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,内齿轮随被测轴而转动,内、外齿轮的相对转动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生电动势。显然，感应电势的频率与被测转速成正比。二、设计要点1.工作气隙2．永久磁铁使永久磁铁尽可能工作在最大磁能积上。3．线圈组件在高精度传感器中，线圈磁场效应不能忽略，采用补偿线圈与工作线圈相串联加以补偿。三、磁电感应式传感器的应用1.动圈式振动速度传感器工作原理传感器
6、与被测物体刚性连接,当物体振动时,传感器外壳和永久磁铁随之振动,而架空的芯轴、线圈和阻尼环因惯性而不随之振动。因而,磁路空气隙中的线圈切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势,线圈的输出通过引线输出到测量电路。该传感器测量的是振动速度参数。（二）磁电感应式转速传感器（三）磁电式扭矩传感器扭矩的电测技术主要是通过传感器把扭矩这个机械量转换成相位、然后用相位计来测量相位，从而达到测量扭矩的目的。系统为开磁路变磁通系统。要求齿形圆盘制作完全一致。（1）当扭距为0时，两个磁电传感器输出的感应电压u1和u2完全一
7、致，（同频、同相、同幅）相位差为0。（2）当有扭矩作用在扭转轴上时,两个磁电传感器输出的感应电压u1和u2存在相位差。这个相位差与扭转轴的扭转角成正比。这样传感器就可以把扭矩引起的扭转角转换成相位差的电信号。第二节霍尔式传感器一、工作原理1.霍尔效应将半导体薄片置于磁场B中，在薄片控制电极通以电流I，在输出电极产生霍尔电势UH。此现象为霍尔效应。电子在磁场中受洛伦兹力作用（右手螺旋定则）bIdUHfEvfl电子向极板一方偏转，积累电子。一边积累电子，另一边积累正电荷，形成电场。其中E为电场强度正负电极之
8、间形成电势为霍尔电势。霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率μ的乘积。若要霍尔效应强,则RH值大,因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高,但电阻率很小;而绝缘材料电阻率极高,但载流子迁移率极低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。(二)霍尔元件由霍尔片、四根引线和壳体组成a,b两根引线，称为控制电流端引线c,d两根引线，称为霍尔输出引线霍尔元件符号基本电路RW调节控制电流的大小。RL为
