传感器课程设计磁电式传感器测振动位移

湖 南 科 技 大 学课 程 设 计课程设计名称： 磁电感应式位移传感器 学 生 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业 ： 测控技术与仪器 学 号： 指 导 教 师： 杨书仪 凌启辉 2017 年 6 月 12 日i传感器、测控电路课程设计任务书一、设计题目磁电感应式位移传感器的设计2、设计要求（1）测得位移灵敏度为 170xSmVc（2）可测得频率范围为 0500Hz 时，最大加速度为 10g。（3）可测得频率在 0600Hz、振幅范围为 时，幅值误差5m为 ；相位误差在 50Hz 时为 。5%10（4）工作温度为 8Cii目 录一、 确定结构01二、 原始给定数据01三、 磁电式传感器的参数设计计算024、 误差分析105、 测量电路的设计126、 绘制测振传感器的电路图147、 附录158、 参考资料15- 0 -正 文1、确定结构所选定的结构如下图 1 所示，它是为测量振动用的一种磁电式传感器。图 1二、原始给定数据（1）测得位移灵敏度为 170xSmVc=（2）可测得频率范围为 0500Hz 时，最大加速度为 10g。（3）可测得频率在 0600Hz、振幅范围为 时，幅值误差为5m；相位误差在 50Hz 时为 。5%10（4）工作温度为 8C- 0 -三、磁电式传感器的参数设计计算1、磁路计算测振传感器的结构和给定空间的分配尺寸如图 2 所示。采用磁场分割法，计算气隙磁导和扩散磁导 值。由于铝和铜是不导磁体，相当于空气隙一样，图中没有画出。根据磁Gp场分布趋势，可将每一边的磁导近似分割成如图 3 所示的 。两边磁路对称，总磁123G、 、图 2 、3导 及工作点 求法如下。GM（1） 求总磁导 。 123G磁导 。它是一个界面为矩形的旋转体，是属于同心的圆柱与圆筒之间的磁导，如1G图 4 所示。由图给定的尺寸可知 31.6527.03Rmcr查新编传感器技术手册 （李科杰主编）P358 表 12-2 得- 1 -88018123.4071.257.4106lnln.2GHRrH磁导 。它是一个截面为半圆（直径为 ）的旋转体，如图 5 所示2 同理，查新编传感器技术手册 （李科杰主编）P358 表 12-2 得20.26Gl这里 取平均周长，即 =18.85cml /lRr821.5H图 4 图 5磁导 。它是一个截面为半空心圆的旋转体，如图 6 所示。3G查新编传感器技术手册 （李科杰主编）P358 表 12-2 得0321lGm这里 取平均周长，取 ，则l 1.6m832.410H- 2 -图 6 图 7扩散磁导 为pG8321.450pGH总磁导 为 87.150p（2） 求工作点 。利用总磁导 和去磁曲线，用作图法找到工作点 。MGM选用国产铝镍钴永磁合金作永磁材料，其 它的去磁曲线和能量1230,50,rcBGsHT曲线如图 7 所示。 43(10;1(4)/sTOeAmtanHBl=其中 8222637.1500.4(.).141mHBGlAmOes解得 。作出 角与去磁曲线的相交点即为工作点 。由图 8 可知，在 点处80.79MM的 。12,2MgBGse- 3 -2、线圈设计及灵敏度估算线圈设计的根据是：满足给定灵敏度的要求；满足线圈电阻与负载电阻的匹配；线圈散热；磁场反应等问题。（1）线圈的设计。取线圈直接绕在骨架上，绕完后再包两层 厚的电容纸，两0.15m种线圈均用 漆包线，其裸导线直径 ，绝缘导线直径 ，工作线圈最#470.5dm6d大匝数 估算如下。N工 作工作线圈最大匝数为 24gANkd式中 20.15.47(1.45),3k kkgAhlmhl取则 241.50.380N工 作 匝补偿线圈最大匝数 241.50.330补 匝实际线圈的匝数。因为工作线圈产生的感应电势为 810eBlN工 作补偿线圈的感应电动势为 82el补为达到完全补偿，使 ，则 ,设计时取 匝， 匝。e工 作 补 210.79N130N2380（2）灵敏度的估算。线圈的感应电势为 ，则其有效值为eBl12E有 效总电动势- 4 -pE即 1pN图 8由图 8 得 730140,314065pNN每匝线圈的平均长度为 130.9.6lcm则 12ppBNlE 所以，传感器的灵敏度为 8181023201469.4pBlSx mVc=如果设计技术指标给出了灵敏度的要求，可先根据灵敏度的要求，用相反的方法去试凑线圈的匝数，经多次计算，确实达不到要求时，就要改变磁路尺寸，这样反复多次直到满足为止。3、传感器的固有频率及阻尼度的初步估算幅频特性- 5 -20220001txA本设计技术指标要求：待测频率为 时，允许幅值误差为 ；相位误差26Hz 5%在 50Hz 时为 。由幅频特性可知：当取 时， ，即能满足 ，10 .0/1.80/tx因此初步选定 02,.6由 ，于是得 。0206.8()ffHz下 下 下 01fHz4、传感器的刚度和弹簧设计（1）刚度的计算。传感器的刚度要考虑满足 的要求，也要保证00/3(/2)ff下 下 本 例 为弹簧在垂直工作时，不至于产生过于严重的静绕度。设 为传感器运动部分的总重量。根据各零件的尺寸和所用材料的比重，可求的活动W部分的总重量 =0.28N，则 的值为K20.13/WNmmg静绕度为 0.28