电感式传感器及应用培训课件.ppt

* 结合图4-13(c)，分析差动整流工作原理。 从图4-13(c)电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向从6到8，故整流电路的输出电压为： U2=U24-U68 当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以U2＝0； 当衔铁在零位以上时，因为U24U68，则U20； 而当衔铁在零位以下时，则有U24U68，则U20。 差动整流电路具有结构简单、不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响、分布电容影响小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛应用。 * (b) u0、u2均为正半周时等效电路； (c) u0、u2均为负半周时等效电路 (a)相敏检波电路原理图 相敏检波电路 输入 调幅波电压 参考信号 输出 u0u2 + + - - + + - - * R R RL M uL B D C - u01 + + u02 + u22 o I1 I2 I3 当?x0时，u2与u0为同频同相，当u2与u0均为正半周时，环形电桥中二极管VD1、VD4截止，VD2、VD3导通，则可得图4-14(b)的等效电路。 (4-31) * 当?x0时，u2与u0为同频反相。采用上述相同的分析方法不难得到当?x0时，不论u2与u0是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的输出电压uL表达式总是为 (4-32) 所以上述相敏检波电路输出电压uL的变化规律充分反映了被测位移量的变化规律，即uL的值反映位移?x的大小，而uL的极性则反映了位移?x的方向。 * * 1 悬臂梁 2 差动变压器 图4-16 差动变压器式加速度传感器原理图 差动变压式传感器的应用 * 电涡流式传感器 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。 根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。 电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外，还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。 * 电涡流式传感器的工作原理 电生磁 磁生电 电又生磁 磁磁相抗 改变阻抗 图4-17 电涡流式传感器原理图 电阻率 磁导率 几何形状 距离 激磁电流频率 * 电涡流式传感器的基本特性 模型中，把在被测金属导体上形成的电涡流等效成一个短路环，即假设电涡流仅分布在环体之内，模型中h由以下公式求得 1传感器线圈；2短路环；3被测金属导体 图4-18 电涡流传感器简化模型 （4-34） * 1一传感器线圈；2一电涡流短路环。 图4-19 电涡流传感器等效电路 图中R2为电涡流短路环等效电阻，其表达式为 （4-35） 根据基尔霍夫第二定律，可列出如下方程 （4-36） （4-37） ?式中：?——线圈激磁电流角频率； L2——短路环等效电感； R1、L1——线圈电阻和电感； R2——短路环等效电阻。 * 由式（4-36）和式（4-37）解得等效阻抗Z 的表达式为： （4-38） 式中： Req——线圈受电涡流影响后的等效电阻； Leq——线圈受电涡流影响后的等效电感。 * 电涡流形成范围 电涡流的径向形成范围 电涡流强度与距离的关系 电涡流的轴向贯穿深度 * ①电涡流径向形成的范围大约在传感器线圈外径ras的1.8~2.5倍范围内，且分布不均匀。 ②电涡流密度在短路环半径r＝0处为零。 ③电涡流的最大值在r＝ras附近的一个狭窄区域内。 ④可以用一个平均半径为ras (ras＝(ri+ra)/2)的短路环来集中表示分散的电涡流(图中阴影部分)。 图4-20 电涡流密度J与半径r的关系曲线 电涡流的径向形成范围 * 图4-21 电涡流强度与距离 归一化曲线 ①电涡强度与距离x呈非线性关系，且随着x／ras的增加而迅速减小。 ②当利用电涡流式传感器测量位移时，只有在x／ras1(一般取0.05～0.15)的范围才能得到较好的线性和较高的灵敏度。 （4-40） 式中：I1——线圈激励电流 ； I2——金属导体中等效电流； x——线圈到金属导体表面距离 ras——线圈外径。 电涡流强度与距离的关系 * 由于趋肤效应，电涡流沿金属导体纵向H1分布是不均匀的，其分布按指数规律