传感器与检测技术（徐科军）5.1 磁电式传感器.ppt

5.1 磁电式传感器 通过磁电作用将被测量（如振动、转速、扭矩）转换成电势信号。 利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电势；机-电能量变换型传感器 优点: 不需要供电电源，电路简单， 性能稳定，输出阻抗小 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 法拉第电磁感应定律： 如果线圈是N匝，磁场强度是B，每匝线圈的平均长度la， 线圈相对磁场运动的速度为υ=dx/dt， 则整个线圈中所产生的电动势为： 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 1. 动圈式磁电传感器原理 动圈式磁电传感器原理图 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。 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。 磁电式振动传感器的结构原理 图5.1.2 磁电式振动传感器的结构原理图 1-弹簧片 2-永久磁铁 3-阻尼器 4-引线 5-芯杆 6-外壳 7-线圈 8-弹簧片 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，ω——被测振动的角频率； ωn——传感器运动系统的固有角频率 ξ——传感器运动系统的阻尼比 运动方程 磁电式速度传感器的频率响应特性曲线 只有ωωn的情况下，Av(ω)≈1， 相对速度V(t)的大小才可以作为被测振动速度V0 (t) 的量度。 因此磁电式速度传感器的频率较低，一般为10～15Hz。 测量振动速度的原理 相对运动速度V（t）就是前面的线圈相对磁场的运动速度dx/dt. 传感器的输出电势E与相对速度V（t）成正比， 而V（t）可以度量被测振动速度V0（t）， 所以电势E也可以度量V0（t）。 End the 5.1