传感器5磁电式

第五章磁电式传感器 磁电式传感器是通过磁电作用将被测量 如振动 位移 转速等 转换成电信号的一种传感器 磁电感应式传感器 霍尔式传感器都是磁电式传感器 磁电感应式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势的 霍尔式传感器为载流半导体在磁场中有电磁效应 霍尔效应 而输出电势的 它们原理并不完全相同 因此各有各的特点和应用范围 5 1磁电感应式传感器5 2霍尔式传感器本章要点 5 1磁电感应式传感器 利用电磁感应原理 将输入运动速度转换成感应电动势输出的传感器 有源传感器具有较大的输出功率具有双向转换特性只应用于动态测量 概述 一 工作原理 根据电磁感应定律 当W匝线圈在均恒磁场中运动时 设穿过线圈的磁通为 则线圈的感应电势e为 法拉第电磁感应定律数学表达式 线圈在恒定磁场中作直线运动 并切割磁力线 感生电势为 B 磁场磁感应强度 l 每匝线圈的长度 运动方向与磁场方向之间的夹角 v 线圈与磁场之间的相对运动速度 线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线 感生电势为 S 每匝线圈的截面积 线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角 线圈与磁场之间的相对运动角速度 二 基本类型 恒定磁通式 工作气隙中磁通不变 线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生 变磁通式 磁铁 线圈均不动 感应电势由变化的磁通产生 1一永久磁铁2一软磁铁 3一感应线圈4一测量齿轮 被测物 2磁电式振动传感器 一 工作原理与动态特性 壳体 线圈 永久磁铁 弹簧 构成 永久磁铁线圈弹簧阻尼器电磁阻尼 线圈金属骨架在磁场中运动产生感应出涡流而受到反方向的作用力 空气阻尼 壳体 提供闭合磁路 磁屏蔽 动态特性分析 二阶系统表示 设 x0 振动体的绝对位移 xm 质量块的绝对位移 若振动体作简谐振动 将D jw代入 1 讨论 当 0 3 0 时 xt x0 1xt x0 m看作静止不动 1800关于工作频段 阻尼比 的影响 较大 0 7左右 减小共振峰 改善低频响应 固有频率 0的影响 降低 0 扩大低频段 理想情况 当 0线圈中的感应电势 e WBlv灵敏度 s WBl vA 实际特性 理想特性 速度太小 Vc 惯性太大 超出弹簧弹性范围 实际输出特性 当振动频率 固有频率 灵敏度几乎不随频率变化 输出电压与振动速度成正比 当振动频率更高时 线圈阻抗增加 灵敏度随频率下降 质量体受力 基座受力 二 结构特点 动铁式 线圈组件与传感器壳体固定 永久磁铁用柔软的弹簧支撑 动圈式 永久磁铁与传感器壳体固定 线圈组件用柔软的弹簧支撑 相对动铁式 惯性质量小 增加阻尼比更容易 动圈式 永久磁铁 线圈 弹簧 动圈式 1 弹簧2 壳体3 阻尼环4 磁钢5 线圈6 芯轴 在测振时 传感器固定或紧压于被测系统 磁钢4与壳体2一起随被测系统的振动而振动 装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动 动圈式振动传感器 是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号 它主要由磁路系统 惯性质量 弹簧阻尼等部分组成 工作时 将传感器安装在机器上 在机器振动时 在传感器工作频率范围内 线圈与磁铁相对运动 切割磁力线 在线圈内产生感应电压 该电压值正比于振动速度值 与二次仪表相配接 即可显示振动速度或位移量的大小 振动加速度传感器 三 测量电路 磁电感应式传感器是速度传感器 可以通过微分器获得加速度信号 通过积分电路获得位移信号 四 应用 飞机振动模态分析 磁电振动式传感器的特点 输出阻抗小对绝缘 放大器的要求不高噪声干扰可忽略体积 重量大 有磨损工作温度不高频率响应不高 以上相对压电式传感器而言 由于感应电压与磁通 的变化率成比例 即 W是线圈匝数 故随着转速下降输出电压幅值减小 当转速低到一定程度时 电压幅值会减小到无法检测出来的程度 故这种传感器不适合于低速测量 为提高低转速的测量效果 可采用电涡流式转速传感器 磁电感应式转速传感器的结构原理如图所示 当安装在被测转轴上的齿轮 导磁体 旋转时 其齿依次通过永久磁铁两磁极间的间隙 从而在线圈上输出频率和幅值均与轴转速成比例的交流电压信号u0 转速测量 磁电感应式扭矩传感器如图所示 在转轴上固定两个齿轮1和2 它们的材质 尺寸 齿形和齿数均相同 永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头3和4对着齿顶