pgl传感器设计正文

1、1工程测试基础设计说明书题目：动圈式磁电传感器设计姓名：屈云开学号： 26班级： A 0821专业：测控技术与仪器 学院:机械与材料工程学院 扌指导老师：王元生2011年5月2目录序言.2一、系统分析（一）.工作原理 3（二）.运动特性分析 3二、结构设计（一）.确定结构 5（二）.原始数据 5（三）磁电式传感器的参数设计计算1）磁路设计计算.62）线圈设计、灵敏度校核 . 73）固有频率计算.84）弹簧设计.85）阻尼系数计算.96）幅值误差计算. 10三、设计总结 . 11四、参考文献.123序言传感器的基本功能是获取被测量并将其转换成可用量，在传感器输出 与输入的转换过程中，总是希望能够

2、按照一定的规律进行转换。因此，在 设计任何一种传感器时，必须首先求出输出与输入量值之间的关系式及其 特性，以便于知道设计、制造和应用。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 101000Hz。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。根据电磁感应定律，当N匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为 ，则线圈内的感应电势随磁通变化率的变化而 变化。根据这一原理，可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，构成 测量线速度或角速度的磁电式传感器。为了保证传

3、感器输出的线性度，要保证线圈始终在均匀磁场内运动。设计者的任务是选择合理的结构形式、材料和结构尺寸，以满足传感 器基本性能要求。磁电式传感器主要用于振动测量。其中惯性式传感器不需要静止的基 座作为参考基准，它直接安装在振动体上进行测量，因而在地面振动测量 及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。X(s)Y(s)2 2 ms =sms cs k 2 c k s 十s十 m md2x(t) dx(t)dt2 +C dtkx(t)二-md2y(t)dt2(1-4)系统分析）工作原理（1） 磁电式传感器的工作原理是基于电磁感应定律的基础上，将机械量转换成线圈的感应电势，而不需要外加电源，可直接将机械量转

4、换为电信号。对动圈式磁电传感器，被测体振动时，此时线圈、阻尼器和芯杆为整体，由于惯性不和它一起运动，因此壳体（永磁铁）与线圈间就产生相对运动，线圈切割磁场线，而产生感应电动势，其大小为：dxe=N B do s in 0 =NdoVsin 0（1-1）dt式中：N.线圈匝数B d .工作气隙感应强度l0.线圈导线平均长度V.线圈与磁场相对运动速度（2）灵敏度公式：eSv= = N B do sin 0（i-2）V但当0 =90时有Sv=-= Nd Bdl o （1-3）v由（1-2）、（1-3）可知：感应电势与线圈速度成正比；但结构确定之后，速度灵敏度为常数；二）运动特性分析若将惯性质量块 m

5、弹簧刚体k、阻尼器c视为集中参数，则可将振动传感器简化为一 个二阶运动系统，如图1所示：二阶运动系统的运动方程为:输出的传递函数，即H(s)4对（1-4）式进行拉普拉斯（Laplace ）变换得到表征输入与25-ss2 20sw02(1-5)为系统无阻尼频率(传感器固有频率)=c =c为相对阻尼比;2 om 2、km令s=j 3代入(1-5 )式，得频率传递函数为:2H(j ) =22(1-6)21，j : 0频率特性为:3 31-(3224 2 (u)2(1-7)式中：u= 3 / 3 02 匚；:02 u相频特性为：0 ( 3 ) =-arctan2- - -arctan 2(1-8)%

6、1 -u由式(1-7)、(1-8)可知：当U=3 / 3 01,即3 3 0时一般只要3 / 3 0=3时，就可得到 X/y=1，即 |H(j 3 )|=1 ,满足输入等于输出；3 / 0=3 时，0(3)=180;1理想的固有频率 30M= 6.70 10Wb, ka =1.39怙11其中:l0=2二（旦）=103.7 10 m2（3）灵敏度估算匝数：由于输出的是交流电，则:e有效12推出:Sv = B T,2Sv42x7000.471 103.7 10,二 2040匝（4）估算线圈层数:20 204012 380所以总匝数位：N=nNo=10 380=3800匝工作气隙中线圈匝数:灵敏度校

7、核：Nw 二上 N 二12 3800 =2280 匝 L 20S BN JcSvJ2=739mV *s cm满足条件。(1-7)由 Q20二，220 二= 10Hz。G选取f = 1.5mm，则刚度为K二一二 0.4T.5 二 0.267 N / mm由（1-7 ）式知:当=0.7，u=2时，能满足幅值误差为：-5% ，初步选定，u为上值;则：弹簧刚度K =用02 22口一0 5(小0)300.161N/mm g9.80弹簧片的静绕度为：G0.4f2.484 mm K 0.161弹簧片的最大绕度：f x 二 f- Ip / 2 =2.484 1.5 二 3.984mm4）弹簧设计（1）G为传感

8、器运动部件的总质量，活动部件包括心轴，阻尼杯，骨架，线圈等零件,假设 G=0.4N，这值太大了,IgN。0.471 2280 103.7 10,）固有频率计算(u)2 ,1-(u)224 2(u)2怙139800 0.2670.4=80sJ,f = 0 / 2 = 12.9Hz图5阻尼杯该电势产生的电流:由感应电势e且产生的电流受到磁场的作用，产生洛伦兹力F为:(2)测振传感器的弹性元件一般采用平板弹簧片，并在簧片上按需要开成个种形式的槽，其目的就是提高柔性以提高工作的平稳性。本设计采用的簧片的结构如图4;这种簧片没有现成的计算公式，只有采用实验的方法进行估算。5 )阻尼系数计算：阻尼杯采用铝

9、材料，壁厚为t=1.5m m。阻尼器的结构如图 5所示；下面计算阻尼系数阻尼杯感应电势为：e且二 Bcpiv (V)其中：Bcp取：Bcp 二 B =0471=0.263T ； f 为系数这里取 f=1.8；p f 1.832+35l :为阻尼杯平均长度有I =Mdcp二蔥泊二105.2mm ；p 2v :为阻尼杯的平均速度；lh :为阻尼杯的宽度；lh =20mm ；R : 为阻尼杯的电阻R =- =5 10-5 10521.75 10仆 ；Alht20X.53314F 二 BII且cp R,(Bcpl)2I =R_2V 10由 F=Cv,得到：C 二 F/v=4.37N则相对阻尼度为：疋C

10、CgC9.8汉 4.37 cccc0.6692 0m2 G 2 0G2 80 0.40 g由上可知：相对阻尼比 =0.669,在0.60.7之间符合要求。6）幅值误差计算由相频特性曲线如图 6可知：(u)2.1-(u)224 2 (u)2当 =0.669, ；：0 =80s , A（ 3 ）=99.5%,误差小 0.5% ： L： I - _5% ,故满足技术要求。（三）设计总结通过本次课程设计，让我熟悉了传感器的一般结构，并掌握了简单传感器的设计方法。在与同学们的讨论中发现问题并及时解决问题， 这些使我们相互之间的沟通协调能力得到了提高，团队合作精神也得到了增强，使我更深切地感受到了团队的力

11、量。设计往往离不开自己的阅历，经验的积累固然可以从书本上学到不少， 但是 1-()224 2()20国0A( 3 )=15事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己没有一定的基础， 要理解吸收真的是一件很不容易的事。在这次作业过程中，我遇到了许多困难，一遍又一遍的计算，一次又一次的设计方案修改这都暴露出了前期我在这方面的 知识欠缺和经验不足。尽管这次作业的时间是漫长的，过程是曲折的，但我的收获还是很大的。不 仅初步掌握了动圈式磁电传感器的设计步骤与方法，而且对Auto CAD制图有了更进一步的掌握。Auto CAD，Word画图，Matlab等这些软件不仅仅是工具软 件,熟练掌握运

12、用也是必需的。对我来说，收获最大的是做设计的方法和能力， 以及那些分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中，我发现像我这样的学生 最缺少的是经验，没有理性的认识，空有理论知识，有些东西很可能与实际脱节。总体来说，我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我 们将学过的相关知识都系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以待改进。（四）参考文献【1】邹继斌，刘宝廷等著。磁路与磁场。哈尔滨工业大学出版社。1998年。P51P76【2】马文蔚，东南大学等著七所工科院校。物理学。高等教育出164.2产品方案版社。2006年。P234P286【3】熊诗波，黄长艺著。机械工程测试技术基础。机械工业出

13、版社。2009 年。P88P90&P187P211【4】单成祥，牛彦文，张春著。传感器设计基础课程设计与毕业设计指南。国防工业出版社。2007年9月。p239p289 ；5】http:/ 谢卫军。普通物理学（下册）。同济大学出版社。2008年。P3849【7】杨叔子 杨克冲 等。机械工程基础。华中科技大学出版社。2004 年。P2668 及 P117144RiHrat.* *%*V * * *置绥绥目录1.1项目概要 .错误！ 未定义书签。1.2项目编制的依据和范围 .错误！ 未定义书签。1.3结论与建议 .错误！ 未定义书签。1.4主要技术经济指标 .错误！ 未定义书签。第二章 项目兴建的理

14、由与必要性错误！ 未定义书签。2.1项目兴建的理由 .错误！ 未定义书签。2.2项目建设的必要性 .错误！ 未定义书签。第三章市场预测错误！ 未定义书签。3.1国际加气混凝土砌块行情概况.错误！ 未定义书签。3.2中国加气砼行业概况 .错误！ 未定义书签。3.3产品销售分析 .错误！ 未定义书签。第四章 建设规模与产品方案错误！ 未定义书签。第一章总论错误！未定义书签。4.1建设规模与建设内容错误！未定义书签。17错误！未定义书签。第五章场址选择错误！未定义书签。185.1项目建设地址错误!未定义书签。5.2项目区自然条件错误!未定义书签。5.3项目基础设施条件错误!未定义书签。第六章工程技术

15、方案错误！未定义书签。6.1项目组成错误!未定义书签。6.2生产技术方案错误!未定义书签。6.3主要设备错误!未定义书签。第七章原材料供应7.1原辅材料质量要求错误！未定义书签。.错误！未定义书签。7.2原辅供应错误！未定义书签。第八章工程建设方案错误！未定义书签。8.1总平面布置错误!未定义书签。8.2土建工程错误!未定义书签。8.3公用工程错误!未定义书签。第九章环境影响评价与节能错误！未定义书签。9.1环境保护错误!未定义书签。9.2环境现状及主要污染源错误!未定义书签。9.3项目污染治理方案错误!未定义书签。9.4绿化错误!未定义书签。9.5节能错误!未定义书签。第十章劳动安全卫生与消

16、防10.1 劳动安全卫生错误！未定义书签。.错误！未定义书签。10.2消防11.1组织机构设置11.2劳动定员11.3人员培训.错误!错误!错误!未定义书签。未定义书签。未定义书签。错误！未定义书签。第十一章组织机构与人力资源配置错误！未定义书签。错误！未定义书签。第十二章项目实施进度12.1项目建设工期.错误！未定义书签。12.2项目建设期管理.错误！未定义书签。12.3项目进度安排.错误！未定义书签。12.4项目进度安排表.错误！未定义书签。第十三章招标方案错误！未定义书签。第十四章投资估算和资金筹措错误！未定义书签。14.1投资估算的范围19错误！未定义书签。20分标内:容遨璇14 ：2投资估算的依据和说明 .14 : 314.4项目投资估算.资金筹措及使用.第十五章财务评价.错误！未定义书签。.错误！未定义书签。.错误！未定义书签。错误！未定义书签。15.1财务评价依据及说明 . .错误！未定义书签。15.2项目计算期和生产负荷 . .错误！未定义书签。15.3项目成本与费用估算. .错误！