[工学]第1章传感器概论.ppt

两种理想传感器的方程 电压源型 理想传感器 电流源型 理想传感器 Mfi、Mev和Nfe、Niv 之间的关系 由于理想传感器不存在内功率损失，因此输入的机械和电的功率总和为零。根据这个条件，可确定Mfi、Mev和Nfe、Niv 之间的关系。 输入理想传感器的机械功率为 输出理想传感器的电功率为 由Pm=Pe可以推出 Mfi＝－ * Mev=M Nfe＝－ *Niv =N 电压源型 电流源型 电压源型与电流源型理想传感器的矩阵表示 电压源型理想传感器 电流源型理想传感器 理想电压源型与理想电流源型传感器的传递矩阵框图 三、实际传感器：1.阻抗矩阵 由于实际的传感器存在机械内阻抗Zm和电压源型的串联内阻抗Ze(或电压源型的并联导纳Ye)，因而与理想的传感器不同，其两通道方程也不同。 1.阻抗矩阵 当实际的传感器为理想电压源型传感器时 此矩阵称为M型矩阵，由于Zm和Ye均为阻抗性质，所以又称为阻抗矩阵。实际的传感器的方框图如图l一9所示。 2.混合矩阵 当实际的传感器为理想电流源型传感器时 称为N型矩阵。由于Zm和Ye为阻抗和导纳形式，所以又称为混合矩阵。同样，实际的传感器的方框图如图l一10所示。 M型阻抗矩阵可很容易地转化为N型混合矩阵。用电压源型的参数表示的电流源型混合矩阵为： 3、传递矩阵 双向机电耦合传感器的传递矩阵在传感器分析中具有特殊意义。传递矩阵的自变量和因变量各自是同类系统的参量，如E，I或F，V。 采用传递矩阵可以将传感器的机械系统和电系统用传递矩阵连乘形式来描述，而机和电系统的耦合是靠理想变换器的传递矩阵，这样只要灵活掌握各环节的传递矩阵，就可以用传递矩阵连乘来描述传感器的机电特性。 电压源型传感器传递矩阵 在自变量改为I，E时，可得 电流源型传感器传递矩阵 在自变量改为I，E时，可得 上式的中间因子为理想传感器的传递矩阵，左侧的因子为传感器的机械内阻抗传递矩阵，右侧的因子为电系统阻抗或导纳的传递矩阵。传递矩阵必须按输入和输出的顺序连乘，其位置不能更换。 有激振源和负载情况下的传递矩阵 若双向传感器用作接收器时，输入端为激振源，其内机械阻抗Zmo，而输出端为负载阻抗Zeo(电压源型)或并联导纳Yeo (电流源型)。 当用作发送器时，输入端是内阻抗为Zeo的电压源(电压源型)或内导纳为Yeo的电流源(电流源型)，而输出端机械负载阻抗为Zmo 。无论是哪种应用，在下面的分析中可以先不必针对具体应用而作为一个共同理论来讲行分析。 有激振源和负载电压源型传感器 可化简为 有激振源和负载电流源型传感器 可化简为 四、双向传感器的一般特性 无论是用作机械量接收器还是作为机械量发送器的传感器，在研究它的特性时，需要导出机械量接收器输入端表现出来的机械输入阻抗，机械量发送器输入端表现出来的电输入阻抗，特别是它的变换函数。 1.接收器的机械输入阻抗 2.发送器的电输入阻抗(或导纳) 3.双向传感器的变换函数 1.接收器的机械输入阻抗 （1）电压源型接收器的机械输入阻抗 （2）电流源型接收器的机械输入阻抗 2.发送器的电输入阻抗(或导纳) 无论是电压源还是电流源型机械量发送器，其输入端为电量，而输出端是以机械阻抗Zmo为负载的，因此计算电输入阻抗时，应是机械系统终端悬空，即机械系统输出力F0=0，为此应将机械系统输出端短路。 电压源型发送器的输入阻抗 电流源型发送器的输人导纳 电压源型发送器的输入阻抗 电流源型发送器的输人导纳 3.双向传感器的变换函数 研究双向机电传感器的静态和动态响应特性时，必须知道由机和电参数共同决定的双向传感器的变换函数。双向传感器的变换函数是输出函数与输入函数的比，取什么样的机械量和电量作输出量和输入量应根据需要而定。变换函数实际上也是传感器的灵敏度函数。 电压源型接收器的变换函数 电流源型接收器的变换函数 电压源型发送器的变换函数 电流源型发送器的变换函数 电压源型接收器的变换函数 电流源型接收器的变换函数 电压源型发送器的变换函数 电流源型发送器的变换函数 五、机电耦合系数和特征传递矩阵 对于一个具体的双向传感器，为了描述它的特性，必须知道机电耦合系数M或N，是采用电压源型还是采用电流源型的耦合系数。系数的选择将以哪种方法方便而定。一般磁电式传感器采用电压源型，压电式传感器采用电流源型。 下面以一个磁电式传感器为例说明。 磁电式传感器的传递矩阵 根据电磁感应定律，在磁场中运动的线圈会产生感应电势 Bl为机电耦合系数。 通过电流的线圈在磁场中的受力为 传感器的机械系统是由质量m，弹簧七和阻尼c组成的二阶系统，而线圈则有内阻r1和电感 Ll。若质量m受的外力为F0，相对于磁路的速度为V，