生物医学传感-磁电式

《生物医学传感-磁电式》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、§4-4磁电式传感器2021/7/191上次课内容回顾压阻式传感器的工作原理压阻效应、晶面晶向的表示(密勒指数、方向余弦)压阻系数、阻值变化的计算纵、横向压阻系数的计算任意方向电阻条电阻变化的计算测量电桥、温度漂移及其补偿2021/7/192电磁传感器是最古老的传感器，指南针是磁传感器的最早的一种应用。但是作为现代的传感器，为了便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。应用最早的是根据电磁感应原理制造的磁电式的传感器。2021/7/193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

2、有源传感器。磁电式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。磁电式传感器机械能电量磁电式传感器2021/7/194一、工作原理磁电式传感器的工作原理是以法拉第电磁感应定律为基础的，即当线圈在磁场中运动时、线圈两端感应的电势正比于穿过线圈的磁通变化率，其方向与磁通变化相反．即对于一个匝数为W的线圈，当穿过诊线圈的磁通Φ发生变化时，其感生电动势e为2021/7/195线圈感生电动势的大小，取决于匝数W和穿过线圈的磁通变化率。磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，如果改变其中任

3、何一个因素，都会改变线圈的感生电动势。此即磁电式传感器所依据的工作原理。根据磁场中线圈的运动方式不同，其感应电势的表示式也有所不同。2021/7/196式中B——磁场的磁感应强度；l——单匝线圈有效长度；W——有效线圈匝数，指在均匀磁场内参与切割磁力线的线圈匝数；v——线圈与磁场的相对运动速度；θ——线圈运动方向与磁场方向的夹角。1.线圈在磁场中作直线运动永久磁铁产生一个恒定磁场，置于磁场中的线圈作直线运动，这时线圈所产生的感应电势为2021/7/197当θ=90˚时，线圈运动方向与磁场垂直时。上式可写为此式说明：当W，B，l均为常数时，感生电动势的大小与线圈运动的线速度成正比。这就是一般常见

4、的绝对式磁电速度计的工作原理。2021/7/198令则S即为传感器的灵敏度2021/7/1992.线圈在磁场中作旋转运动线圈在永久磁铁产生的恒定磁场中作旋转运动，这时线圈所产生的感应电势为式中A——单匝线圈的截面积；ω——角频率；2021/7/1910当线圈运动方向与磁场方向垂直，θ=90o，则线圈中的感应电势为k——依赖于结构的系数，k<1；从上可知，当传感器结构己定时，参数B、A、W、k均为常数，因此，感应电势e与线圈对磁场的相对运动速度v或ω成正比，这就是动圈式磁电传感器的工作原理。2021/7/1911磁电式恒磁通式变磁阻式变磁通动圈式动磁式N线速度型角速度型二、结构类型2021/7/

5、1912恒磁通式：磁路系统恒定磁场运动部件可以是线圈也可以是磁铁。变磁通式：线圈、磁铁静止不动，转动物体引起磁阻、磁通变化。2021/7/19131.恒定磁通磁电式传感器的结构原理动圈式结构类型磁电感应式传感器恒磁通式2021/7/1914在传感器中当结构参数确定后，B、l、W、S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度。如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量位移或加速度。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只适用于动态测量。2021/7/1915动铁式结构类型磁电感应式传感器v永久磁

6、铁的磁力线从其一端穿过套筒、线圈骨架和螺管线圈，并经过壳体回到磁钢的另一端，构成一个闭合磁路，当传感器受振时，线圈与永久磁铁之间产生相对运动，线圈切割磁力线，使传感器输出正比于振动速度的电压信号。2021/7/19162.变磁通磁电感应式传感器的结构原理变磁通式又称(变)磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的角速度。开磁路变磁通式传感器2021/7/1917工作原理：线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。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上齿数的乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，

7、且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。2021/7/1918开磁路动铁式变磁通式传感器极掌永久磁铁线圈铁心图中椭圆形铁心进行旋转运动，使空气气隙时而变大，时而变小，从而使磁路系统的磁阻产生周期性的变化（则使磁通变化），这时固定在磁极上的线圈中产生的感应电势为2021/7/1919式中，A为线圈截面积，B=Bmax－Bmin，Bmax为最大磁通密度，而Bmin为最小磁通密度。同理，当传感