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第五章 磁电式传感器 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。磁电感应式传感器、霍尔式传感器都是磁电式传感器。磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势的；霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电势的。它们原理并不完全相同，因此各有各的特点和应用范围。 §5.1 磁电感应式传感器 利用电磁感应原理，将输入运动速度转换成感应电动势输出的传感器。 有源传感器 具有较大的输出功率 具有双向转换特性 只应用于动态测量 一、工作原理 二、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。 变磁通式： 磁铁、线圈均不动，感应电势由变化的磁通产生。 构成 永久磁铁 线圈 弹簧 阻尼器 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： 壳体:提供闭合磁路、磁屏蔽 动态特性分析－二阶系统表示 讨论: 当ω ω 0（ ω 3 ω 0 )时，xt/x0=1 xt=x0,m看作静止不动 φ=-1800 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ω 0的影响：降低ω 0 ，扩大低频段。 理想情况，当ω ω 0 线圈中的感应电势： e=WBlv 灵敏度：s=WBl 实际输出特性 质量体受力 基座受力 二、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。 动圈式：永久磁铁与传感器壳体固定，线圈组件用柔软的弹簧支撑。 相对动铁式，惯性质量小，增加阻尼比更容易。 动圈式 振动加速度传感器 三、测量电路 四、应用 磁电振动式传感器的特点 输出阻抗小 对绝缘、放大器的要求不高 噪声干扰可忽略 体积、重量大，有磨损 工作温度不高 频率响应不高 （以上相对压电式传感器而言） 电动激振器 磁电感应式传感器是速度传感器，可以通过微分器获得加速度信号，通过积分电路获得位移信号。 飞机振动模态分析 下页 上页 5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 本章要点 概述 根据电磁感应定律，当W匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈的感应电势e为： 法拉第电磁感应定律数学表达式： 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 1一永久磁铁 2一软磁铁， 3一感应线圈 4一测量齿轮 被 测 物 S N §2 磁电式振动传感器 一、工作原理与动态特性 壳体 线圈 永久磁铁 弹簧 m c k x0 xm 设：x0---振动体的绝对位移； xm---质量块的绝对位移 若振动体作简谐振动，将D=jw代入： w/w0 xt/x0 0 3 1.0 -90 -180 φ 1 振动速度 输出电压 vA vB vC 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 当振动频率固有频率，传感器的灵敏度随频率的变化而明显的变化； 当振动频率固有频率，灵敏度几乎不随频率变化，输出电压与振动速度成正比； 当振动频率更高时，线圈阻抗增加，灵敏度随频率下降。 (a)动圈式 (b)动铁式 N S 永久磁铁 线圈 弹簧 动圈式 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。 动圈式振动传感器 ? 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。