05磁电式传感器

《05磁电式传感器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第5章磁电式传感器第5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。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。第一节基本原理和结构型式2第5章磁电式传感器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。根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为Φ，则线圈内的感

2、应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系：(5-1)根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。图5.1所示为分别用于旋转角速度及振动速度测量的变磁通式结构。3第5章磁电式传感器图5.1变磁通式结构(a)旋转型（变磁））；(b)平移型（变气隙）4第5章磁电式传感器其中永久磁铁1(俗称“磁钢”)与线圈4均固定，动铁心3(衔铁)的运动使气隙5和磁路磁阻变化，引起磁通变化而在线圈中产生感应电势，因此又称变磁阻式结构。在恒磁通式结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运动——线圈

3、切割磁力线而产生。这类结构有两种，如图5-2所示。5图5.2恒磁通式结构(a)动圈式；(b)动铁式第5章磁电式传感器6第5章磁电式传感器图中的磁路系统由圆柱形永久磁铁和极掌、圆筒形磁轭及空气隙组成。气隙中的磁场均匀分布，测量线圈绕在筒形骨架上，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电势e为(5-2)式中B——气隙磁通密度(T)；l——气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度(m)为l＝laW(la为每匝线圈的平均长度)v——线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度(ms-1)。7第5章磁电式传感器当传感器的结构确定后，式(5-2)

4、中B、la、W都为常数，感应电势e仅与相对速度v有关。传感器的灵敏度为为提高灵敏度，应选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度B；增加ｌa和W也能提高灵敏度，但它们受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。为了保证传感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传感器基本性能要求。(5-3)8第5章磁电式传感器一.传递矩阵㈠.机械阻抗图5.3(a)所示的质量为m、弹簧刚度为k，阻尼系数为c的单自由度机械振动系统。设在力F作用下产生的振动速度和位移分别为v(图中即ν

5、)和x，由此可列出力平衡方程第二节磁电式传感器的传递矩阵和动态特性(5-4)9图5.3(b)所示的由电阻R、电感L和电容C组成的串联电路，设电源电压为u，回路电流为i、电荷为q。由此可列出电压平衡方程这两个微分方程式虽然机电内容不同，但形式相同。因此，这两个系统为一对相似系统。一个系统可以根据求解它的微分方程来讨论其动态特性，故上述两相似系统的动态特性必然一致，可以实现机电模拟。第5章磁电式传感器(5-5)10图5.3一对相似系统(a)单自由度机械振动系统；(b)RLC串联电路第5章磁电式传感器11第5章磁电式传感器在电路中存在着电阻抗，它是将电流与电

6、压联系起来的一个参数，可以设想，如同电路中的电阻抗一样，假设机械系统存在“机械阻抗”ZM。类似于电系统，由式(5-4)可得(5-6)可见ZM是将机械系统中某一点上的运动响应与引起这个运动的力联系起来的一个参数。由此可得，作简谐运动的线性机械系统的机械阻抗的定义为机械阻抗ZM(复数)=激振力(复数)/运动响应(复数)（5-7）12第5章磁电式传感器引用机械阻抗概念来分析机械系统的动态特性，就可以用简单的代数方法求得描述动态特性的传递函数，而不必求解微分方程。㈡.传递矩阵在图5.2所示的传感器中，作用在运动部件（质量块）上的力有：弹簧力阻尼力惯性力电磁力1

7、3第5章磁电式传感器质量块上力的平衡方程式为当振动体振动速度为v0、质量块速度为Vm、传感器壳体与质量块相对运动速度为Vt(Vt=v0-Vm)时,由力平衡关系，机械阻抗定义和(5-6)可得（5-8）14第5章磁电式传感器令为由被测体的运动速度v0产生的、作用在质量块上的等效激振力。将式(5-6)代入式(5-8)，则有对磁电式传感器，其传感器常数为(5-9)15第5章磁电式传感器设线圈电感为L、内电阻为R，则Ze＝R＋jｌω。如果传感器与测量电路的输入端相连，则电路输入阻抗即为传感器负载阻抗Ze0，通常Ze0。由于传感器作测量用，电气端电源e，故e＝iZ

8、e0。因此实际磁电式传感器的传递矩阵为(5-10)16或将其展开成第5章磁电式传感器(5-11