前期材料-基于磁电传感器的电机转速自动检测系统设计.doc

序号： 常 州 大 学 毕业设计前期材料 （2014届） 学 生 徐铮铮 学 号 学 院 怀德学院 专业班级 电气101 题 目 基于磁电传感器的电机转速自动检测系统设计 类 别 毕业设计 毕业论文 校内指导教师 张晓花 专业技术职务 讲师 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备注 1 毕业设计任务书 2 文献综述（设计类） 1 3 外文翻译（封面、译文、原文） 二○ 题目：基于磁电传感器的电机转速自动检测系统设计 一、前言 1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势 （1）意义：在工业生产和实验过程中，经常会遇到各种转速的测量和控制问题。在这种情况下，我们可以通过磁电方法，将转速测量转变为频率测量。频率测量的方法很多，不同的方法有各自适用的范围。近年来随着电子技术的迅速发展，工业测控设备的不断更新，频率测量的方法和设备也有新的进展。在实际应用中，选择不同的转速检测设计方案，得到的效果也不尽相同。电机在运行的过程中，需要对其运行的平稳性进行监测，适时对转速进行测量可以有效地反应电机的状况。另一方面，在运动控制系统中，转速检测也是电机速度或位置控制的基础。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。它广泛的用于建筑工业等领域中振动、速度、加速度，转速、转数等非电量的测量。因此研究基于磁电传感器的电机转速的自动检测系统有一定的实际意义。 （2）磁电传感器的研究现状及发展趋势 磁电式传感器有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量。由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；工作频带一般为10～1000Hz。磁电式传感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。 磁电式传感器直接输出感应电势, 且传感器通常具有较高的灵敏度, 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加速度信号, 则需要配用积分或微分电路。磁电阻传感元件是利用磁性材料的磁电阻效应,采用半导体工艺制成,还可进一步和半导体电路集成在一块芯片上,做成专用性器件。由于它是强磁性合金材料制成,物理化学性能稳定,具有长寿命、高可靠、高灵敏度、温度系数小、范围宽、线性度好等特点[1]。现在有一种81NiFe/Cr多层膜制作的磁电阻式传感器的新应用[2]。一对易磁化轴相互垂直的磁电阻元件构成二维磁场探头，用它检测钢板上人工微裂缝附近的磁场分布。磁电阻元件与永磁块组合构成力矩传感器，用于人体重心摇摆检测。 动平衡是中小型电机转子生产和制造过程中必须解决的问题。随着全自动动平衡修正研究技术的发展,全自动平衡机成为高品质电机转子生产的必要设备。磁电式振动速度传感器用于测量转子的振动量,是全自动平衡机的关键部件,而全自动平衡机是全天候长周期的工作设备,因此要求传感器有很好的稳定性和可靠性。传统的动圈型磁电传感器由于其固有的结构缺陷,经常产生断线故障,严重影响了设备的日常使用。针对传统动圈型磁电传感器的缺点,需要研究一种改进的差动动磁铁型磁电传感器。我们的主要工作在于：(1)差动动磁铁型磁电速度传感器结构设计：提出了差动动磁铁型磁电速度传感器的结构,分析了其对于传统磁电传感器的结构优点；对传感器结构关键部件的弹簧片和永磁 体作了介绍,分别描述了弹簧片的结构及永磁体的材料和性能等相关内容。(2)有限元软件分析：鉴于较难给出弹簧刚度和永磁体空间磁场的解析解,利用有限元软件ANSYS对传感器进行结构分析和磁场分析。建立了二维弹簧模型及永磁体二维磁场模型,给出了弹簧刚度计算结果和有限元磁通量算法及求解结果,研究了差动特性下的传感器性能指标。 传感器结构参数影响分析：研究传感器结构参数的变化对输出特性的影响,给出一些提高传感器性能的优化设计方法。 (4)实验验证：将设计的传感器进行了实验验证,分别进行了标准传感器标定实验和实际装机不平衡量检测实验,给出了分析结果。结果表明研制的差动动磁铁型磁电传感器结构合理,输出特性好,结构参数可以灵活变化以满足工作要求,对全自动平衡机性能的提高有很大意义[3]。 目前,技术先进国家的冶金厂,在自动