第6章 磁电式传感器 传感器技术及应用 课件.pptVIP

第6章 磁电式传感器 6.1 磁电感应式传感器 6.2 霍 尔 元 件 6.3 感应同步器 6.4 磁电式传感器的应用实例 6.1 磁电感应式传感器 6.1.1 磁电感应式传感器工作原理和结构 磁电感应式传感器简称电动式传感器或感应式传感器。它是利用电磁感应原理，将运动速度、位移等物理量转换成线圈中的感应电动势输出，是一种机—电能量变换型传感器。工作时不需要外加电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围(一般为10～1000Hz)，适用于振动、转速、扭矩等测量。 根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动切割磁力线时，闭合导体回路中的磁通量发生变化，导体中就会出现感应电流，导体中之所以出现感应电流是由于出现了感应电动势，闭合导体回路中感应电动势的大小与回路所包围的磁通量的变化率成正比，那么当匝线圈在变化磁场中感应电动势 (6-1) 6.1 磁电感应式传感器 式中 N——线圈匝数； ——线圈所包围的磁通量。 磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，故若改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。 根据结构方式的不同，磁电式传感器通常分为动圈式和磁阻式两大类，下面分别对其介绍。 1. 动圈式磁电传感器 动圈式磁电传感器又可分为线速度型与角速度型。图6-1表示线速度型传感器工作原理。 在永久磁铁产生的直流磁场内，放置一个可动线圈，当线圈沿磁场方向做直线运动时，线圈相对于磁场的运动速度为，它所产生的感应电动势 (6-2) 式中 l ——每匝线圈的平均长度； B——线圈所在磁场的磁感应强度。 6.1 磁电感应式传感器 式(6-2)表明，当B、N和l恒定不变时，便可以根据感应电动势e的大小计算出被测线速度v的大小。 图6-2示出了角速度型传感器的工作原理，线圈在磁场中以角速度旋转时产生的感应电动势为 (6-3) 式中 S——每匝线圈的平均截面积； k——与结构有关的系数，k1。 式(6-3)表明，当传感器结构确定后，B、N、S和k皆恒定不变，便可以根据感应电动势e的大小确定被测量 ，故这种传感器常被用于测量转速。 所以，可用磁电式传感器测量线速度和角速度，对测得的速度进行积分或微分就可求出位移和加速度。 需要注意的是在式(6-2)、式(6-3)中的、指的是线圈与磁铁的相对速度，而不是磁铁的绝对速度。 6.1 磁电感应式传感器 2. 磁阻式磁电传感器 磁阻式磁电传感器跟动圈式磁电式传感器不一样，它在工作的时候其线圈与磁铁部分是相对静止的，由与被测量连接的物体(导磁材料)的运动来改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁通量，在线圈中产生感应电动势。 磁阻式磁电传感器一般常用于测量转速、偏心、振动等，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。其工作原理及应用如图6-3所示。图6-3(a)中齿轮安装在被测转轴上与其一起旋转。当齿轮旋转时，齿的凹凸引起的磁阻的变化，而使磁通量发生变化，因而在线圈中感应出交变的电势，其频率等于齿轮的齿数 和转速。其产生的交变电势的频率为 (6-4) 6.1 磁电感应式传感器 式中 f ——感应电势频率(周/s)； n——被测轴转度(r/min)； Z——齿轮的轮数。 这样，就可测得运动物体的频率。 如图6-3(b)可测旋转物体的速度角频率。在圆轮旋转时，圆轮上的凸处的位置发生变化，引起磁路中磁阻变化，从而引起贯穿线圈的磁通量发生变化。 6.1.2 磁电式传感器的应用 磁电式传感器直接输出感应电势，且传感器通常有较高的灵敏度，所以一般不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速度传感器，若要获取被测位移或角速度，则要配用积分或微分电路。如图6-4所示为一般测量电路方框图。其中虚线框内整形及微分部分电路仅用于以频率作为输出时。 6.1 磁电感应式传感器 1. 磁电感应式振动速度传感器 图6-5所示为 CD-1型磁电感应式振动速