生物医学传感器电感.ppt

当负载阻抗为无穷大时， 桥路输出电压 (5-24) 当传感器的衔铁处于中间位置，即Z1=Z2=Z，此时有　　　　　　　　　　 　　 ， 电桥平衡。 当传感器衔铁上移：如Z1=Z+ΔZ，Z2=Z－ΔZ， (5-25) 当传感器衔铁下移：如Z1=Z－ΔZ，Z2=Z+ΔZ， 此时 (5-26) 可知：衔铁上下移动相同距离时，输出电压相位相反，大小随衔铁的位移而变化。由于 是交流电压， 输出指示无法判断位移方向，必须配合相敏检波电路来解决。 4. 谐振式测量电路 包括谐振式调幅电路和谐振式调频电路。 调幅电路： 传感器电感L与电容C、 变压器原边串联在一起， 接入交流电源 ，变压器副边将有电压 输出，输出电压的频率与电源频率相同，而幅值随着电感L而变化，图5-7(b)为输出电压 与电感L的关系曲线，其中L0为谐振点的电感值。 特点：此电路灵敏度很高，但线性差，适用于线性度要求不高的场合。 图5-7 谐振式调幅电路 图5-8 谐振式调频电路 调频电路：是传感器电感L的变化将引起输出电压频率的变化。 通常把传感器电感L和电容C接入一个振荡回路中， 其振荡频率 。当L变化时，振荡频率随之变化，根据f的大小即可测出被测量的值。图5-8(b)表示f与L的关系曲线，它具有严重的非线性关系。 互感式电感传感器 ——将被测量的变化转化为线圈互感的变化，其工作原理类似变压器，但其副边接成差动式，故又称为差动变压器式传感器。差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。 在非电量测量中， 应用最多的是螺线管式差动变压器， 它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 差动变压器输出电势e2与衔铁位移x的关系。其中x表示衔铁偏离中心位置的距离。 1. 工作原理 假设闭磁路变隙式差动变压器的结构如图5-11（a）所示， 在A、B两个铁芯上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反相串联。 图 5-11 差动变压器式传感器的结构示意图 当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δa0=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压Uo=e2a-e2b=0。 当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出， 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。 . . 图5-12 差动变压器等效电路 2. 等效电路 一次绕组的电流为： 二次绕组的感应动势为 由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势: 电涡流式传感器 电涡流——当通过金属导体的磁通量变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的。 涡流效应——电涡流的产生消耗一部分能量，使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。 电涡流使通电线圈的等效阻抗发生变化，线圈等效阻抗的变化反映了金属导体的涡流效应。 电涡流效应与被测金属间的距离及电导率、磁导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率等参数有关。通过电路可将被测金属参数转换成电压或电流变化。 电涡流传感器根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。 Z:高频涡流传感器线圈阻抗 ρ:电导率 μ:导磁率 r：线圈半径等几何尺寸 I:线圈电流 f:频率 x:距离 ?浮子的位移变成电量： 液位升高，液体对浮子的浮力F↑，破坏平衡状态。浮子上升，铁心上移，电感变化，输出信号改变。 自感式传感器测液位 电感式传感器应用 位移测量仪 位移测量包含：偏心、间隙、位置、倾斜、弯曲、变形、移动、圆度、冲击、偏心率、冲程、宽度等等。来自不同应用领域的许多量都可归结为位移或间隙变化。 数显位移测量仪及探头 电感式传感器应用 测转速