ch6-10+磁电式传感器及其应用(传感器原理及其应用)(南大)俞阿龙

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1、第6章磁电式传感器及其应用磁电式传感器：通过磁电作用将被测量转换成电信号一般分为两种：磁电感应式霍尔效应式6.1磁电感应式传感器磁电感应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。特点：不需要供电电源，电路简单；输出功率大，性能稳定,带宽（10～1000Hz）；动态测量双向转换特性力(矩)发生器电磁激振器一、磁电感应式传感器结构及工作原理根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过线圈的磁通为Φ,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dΦ/dt有如下

2、关系:E＝-N根据这一原理,可以设计成两种磁电传感器结构:变磁通式：磁阻式传感器恒磁通式：动圈式传感器。1、磁阻式传感器（变磁通式）：又变气隙式传感器，常用来测量旋转物体的角速度。特点：环境适应能力强，能在-150～+90℃的温度下工作，也能在油、水雾、灰尘等条件下工作。分类:开路变磁通式传感器和闭合磁路变磁通式传感器。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,随之一起转动线圈、磁铁静止，转盘刻有轮齿；改变磁路空气隙；磁阻变化导致线圈中磁通量变化产生感应电动势：周期性变化

3、非接触转速传感器：N：齿数n：转速(转/分钟)f：脉冲频率(Hz)闭磁路变磁通式：原理：转轴连接到被测转轴,外齿轮不动,内齿轮随被测轴转动,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，感应电势的频率与被测转速成正比。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,内外齿轮齿数相同组成：由永久磁铁、线圈、弹簧、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。2、动圈式磁电感应传感器（

4、恒磁通式）:动钢式（运动部件是磁铁）：动圈式（运动部件是线圈）：动钢式（运动部件是磁铁）：外壳用磁性材料制成，它既是磁路的一部分，又起着磁屏蔽作用。永久磁铁的磁力线从其一端穿过磁钢套筒、线圈骨架和螺管线圈，并经过壳体回到磁钢的另一端，构成一个完整的闭合磁路。当传感器感受振动时，线圈与永久磁铁之间有相对运动，线圈切割磁力线，传感器就输出正比于振动速度的电压信号。SN永久磁铁线圈弹簧阻尼器电磁阻尼：金属骨架在磁场中运动产生空气阻尼：壳体动圈式（运动部件是线圈）：金属骨架永久磁铁：永久磁铁与骨架形成恒定

5、磁场；线圈(线圈-弹簧构成振动系统)切割磁力线产生感应电动势辅助元件壳体、支承、阻尼器、接线装置等金属骨架可用于测量线速度或角速度,也可用来测量位移或加速度输出感应电动势正比于相对振动速度B—工作气隙磁感应强度;L—每匝线圈平均长度;N—线圈在工作气隙磁场中的匝数;二、磁电式传感器的动态特性一个二阶系统：等效机械系统mckx0xmx0---振动体的绝对位移；xm---质量块的绝对位移运动方程：mckx0xm当物体作简谐振动时，其复频响应函数为称为固有频率，称为阻尼系数当ω>>ω0（ω>3ω0)时

6、，xt/x0=1,xt=x0,m看作静止不动线圈中的感应电势：e=NBlv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（Vc),惯性太大，超出弹簧弹性范围传感器的实际输出特性：当安装在被测转轴上的齿轮(导磁体)旋转时，其齿依次通过永久磁铁两磁极间的间隙，使磁路的磁阻和磁通发生周期性变化，从而在线圈上感应出频率和幅值均与轴转速成此例的交流电压信号u0。随着转速下降输出电压幅值减小，当转速低到一定程度时，电压幅值将会减小到无法检测出来的程度。

7、故这种传成器不适合于低速测量。三、磁电式速度传感器的应用——测转速测速发电机传感器的转轴与被测物转轴相连，因而被测物带动传感器转子转动，转轴旋转时，每转一圈将在线圈输出端产生N个脉冲，计脉冲数就可求得转速值。三、磁电式速度传感器的应用——测扭矩传感器由永久磁场、感应线圈和铁芯组成。永久磁铁产生的磁力线与齿形圆盘交链。当齿形圆盘旋转时,圆盘齿凸凹引起磁路气隙的变化,于是磁通量也发生变化,在线圈中感应出交流电压,其频率等于圆盘上齿数与转数乘积。驱动源负载两个磁电传感器输出感应电压u1和u2的相位差与扭

8、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6.2霍尔式传感器霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。特点：结构简单、体积小、寿命长、线性好、频带宽应用：测量磁感应强度、大电流、微气隙中的磁场；磁读头、磁罗盘、无刷电机；无触点信号检测；用于制作微波电路中的环行器、隔离器；经过二次转换或多次转换，可以用于非磁量的检测和控制，如测量微位移、转速、加速度、振动、压力、流量、液位等等。一、霍尔传感器原理1.霍尔效应置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁