第5章1磁电传感器综述.ppt

5.1 磁电式传感器 基本原理： 利用电磁感应原理，将输入(如振动、转速、扭矩运动速度)转换成线圈中感应电动势输出的传感器。 特点： 有源传感器：不需要提供电源; 如振动、转速、扭矩 具有双向转换特性; 具有较大的输出功率; 只适用于动态测量。 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 5.1.2 动圈式磁电传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 5.1 磁电式传感器 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 由法拉第电磁感应定律，当N匝线圈在均恒磁场中运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈的感应电动势E为： 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:每匝线圈的有效长度 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，m/s 线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电势为： S：每匝线圈的围成的面积 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 两种基本类型 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，如图示转速测量： 1一永久磁铁 2一软磁铁 3一感应线圈 4一测量齿轮 不同类型的磁电式传感器 磁通量Ф的变化实现办法: 磁铁与线圈之间作相对运动； 磁路中磁阻的变化； 恒定磁场中线圈面积的变化. 直接应用：测定速度 在信号调节电路中接积分电路，或微分电路，磁电式传感器就可以用来测量位移或加速度。 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 5.1.2 动圈式磁电传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 5.1 磁电式传感器 5.1.2 动圈式磁电传感器 1. 动圈式磁电传感器原理 2. 动圈式磁电传感器结构 永久磁铁 线圈 弹簧 1. 动圈式磁电传感器原理 传感器原理 如果在线圈运动部分的磁场强度B是均匀的， 则当线圈与磁场的相对速度为υ时，线圈的感应电动势： 当α＝90°，线圈的感应电动势为： 当N、B和la恒定不变时，E与υ=dx/dt成正比， 根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小。 动圈式演示 2. 动圈式磁电传感器结构 磁电式传感器构成： 1、磁路系统 由它产生恒定直流磁场。为了减小传感器的体积，一般都采用永久磁铁； 2、线圈 由它运动切割磁力线产生感应电动势。作为一个完整的磁电式传感器，除了磁路系统和线圈外，还有一些其它元件，如壳体、支承、阻尼器、接线装置等。 动圈式振动传感器结构 弹簧片 阻尼杯 磁钢 芯轴 壳体 线圈 引线 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物体，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。 动圈式传感器结构： 1—顶杆? 2—弹簧片? 3—磁钢? 4—线圈? 5—引出线? 6—壳体 用途：用来测量振动系统中两部件之间的相对振动速度。 直接式振动传感器 连接方式：壳体固定于一部件上，线圈与顶杆相对固定，而顶杆与另一部件相接触，依靠弹簧片回复原位。当两部件相对运动时，使线圈与磁钢产生相对运动，产生相应的电动势。 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 5.1.2 动圈式磁电传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 5.1 磁电式传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁能量，在线圈中产生感应电动势。 用来测量转速，线圈中产生感应电动势的频率作为输出，而电势的频率取决于磁通变化的频率。 结构：开磁路、闭磁路 开磁路磁阻式转速传感器 1－永久磁铁 3－感应线圈 2－软铁 4－齿轮 结构比较简单，但输出信号较小， 当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。 闭磁路磁阻式转速传感器 闭磁路磁组式转速传感器 采用在振动强的场合，有下限工作频率（50Hz ） 传感器的输出电势取决于线圈中磁场变化速度， 5.1.1 磁电式传感器的工作原理 5.1.2 动圈式磁电传感器 5.1.3 磁阻式磁电传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 5.1 磁电式传感器 5.1.4 磁电式传感器的动态特性 一个二阶系统。 Vo为传感器外壳的运动速度，即被测物体运动速度； Vm为传感器惯性质量块的运动速度。 等效机械系统 若V(t)为惯性质量块相对外壳的运动速度 幅频特性 相频特性 式中