传感器与检测技术课件第四章-1速度加速度传感器课件

1、第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 一、测速发电机一、测速发电机 测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电测速发电机是机电一体化系统中用于测量和自动调节电机转速的一种传感器。机转速的一种传感器。 它由带有绕组的定子和转子构成。它由带有绕组的定子和转子构成。 根据电磁感应原理，当绕组供给励磁电压并随被测电动根据电磁感应原理，当绕组供给励磁电压并随被测电动机转动时，定子绕组产生与转速成正比的感应电动势。机转动时，定子绕组产生与转速成正比的感应电动势。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：根据励磁电流的种

2、类，测速发电机可分为：直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机他励式他励式永磁式永磁式一、测速发电机一、测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机他励式他励式永磁式永磁式一、测速发电机一、测速发电机他励式直流测速发电机的定子励磁绕组他励式直流测速发电机的定子励磁绕组由外部电源供电，由外部电源供电， 通电时产生磁场通电时产生磁场第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 根据励磁电流的种类，测速发电机可

3、分为：根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机他励式他励式永磁式永磁式一、测速发电机一、测速发电机永磁式直流测速发电机的定子磁极由永磁式直流测速发电机的定子磁极由永久磁钢做成，永久磁钢做成， 没有励磁绕组没有励磁绕组第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：根据励磁电流的种类，测速发电机可分为：直流测速发电机直流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机他励式他励式永磁式永磁式一、测速发电机一、测速发电机同步式同步式异步式异步式感应式感应式永磁永磁式式脉冲式脉冲式第四章 速度、加速度传感

4、器第一节第一节 速度传感器速度传感器 ZYSZYS型永磁式直流测速发电机型永磁式直流测速发电机 ZYS-AZYS-A系列永磁式直流测速发电机系列永磁式直流测速发电机 一、测速发电机一、测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 自动控制系统对其元件的要求，自动控制系统对其元件的要求， 主要是精确度高、主要是精确度高、 灵敏灵敏度高、度高、 可靠性好等。可靠性好等。 据此，据此， 对测速发电机的要求有：对测速发电机的要求有：测速发电机的理想输出特性测速发电机的理想输出特性 一、测速发电机一、测速发电机 输出电压对转速应保持较精确的正比关系。输出电压对转速应保持较精确的

5、正比关系。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 一、测速发电机一、测速发电机 转动惯量要小转动惯量要小 灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应灵敏度要高，即测速发电机的输出电压对转速的变化反应 要灵敏。要灵敏。 由于测速发电机比较容易满足上述要求，且性能稳定，故由于测速发电机比较容易满足上述要求，且性能稳定，故广泛用于机电一体化系统中电动机转速的测量和自动调节，一广泛用于机电一体化系统中电动机转速的测量和自动调节，一般测量范围为（般测量范围为（20400r/min20400r/min） 输出电压对转速应保持较精确的正比关系。输出电压对转速应保持较精确的正比关

6、系。 自动控制系统对其元件的要求，自动控制系统对其元件的要求， 主要是精确度高、主要是精确度高、 灵敏灵敏度高、度高、 可靠性好等。可靠性好等。 据此，据此， 对测速发电机的要求有：对测速发电机的要求有：第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机直流测速发电机是一种微型直流发电机。它的定子、转子结构与直流伺服电动机基本相同第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（1）直流测速发电机的输出特性直流测速发电机的工作原理与一般直流发电机相同。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度

7、传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（1）直流测速发电机的输出特性电刷两端引出的感应电动势为：空载（即电枢电流空载（即电枢电流I Is s=0=0）时）时，直流测速发电机的输出电压和，直流测速发电机的输出电压和电枢感应电动势相等，因而电枢感应电动势相等，因而输出电压与转速成正比输出电压与转速成正比。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（1）直流测速发电机的输出特性）直流测速发电机的输出特性有负载（即电枢电流有负载（即电枢电流I Is s00）时）时，直流测速发电机的输出电压为，直流测速发电机的输出电压为式中：rs电枢回路总电阻。在理

8、想情况下，若不计电刷 和换向器之间的接触电阻， rs为电枢绕组电阻显然，有负载时，测速发电机的输出电压应比空载时小，这是电阻rs的电压降造成的。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（1）直流测速发电机的输出特性）直流测速发电机的输出特性有负载（即电枢电流有负载（即电枢电流I Is s00）时）时，直流测速发电机的输出电压为，直流测速发电机的输出电压为有负载时，电枢电流为又：第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（1）直流测速发电机的输出特性）直流测速发电机的输出特性负载电阻不同，测

9、速发电机的负载电阻不同，测速发电机的输出特性的斜率亦不同。输出特性的斜率亦不同。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（2）产生误差的原因和改进方法 有负载时，电枢反应去磁作用有负载时，电枢反应去磁作用的影响，使输出电压不再与转的影响，使输出电压不再与转速成正比，遇到这种情况可以速成正比，遇到这种情况可以在定子磁极上安装补偿绕组，在定子磁极上安装补偿绕组，或使负载电阻大于规定值。或使负载电阻大于规定值。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。电机空载时，只有励磁绕组产生的主磁场。

10、 电机负载时，电机负载时， 电枢绕组中流过电流也要产生磁场，电枢绕组中流过电流也要产生磁场， 称为电枢磁场。称为电枢磁场。 所以，所以， 负载运行时，负载运行时， 电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。电机中的磁场是主磁场和电枢磁场的合成。电枢反应电枢反应定子励磁绕组产生定子励磁绕组产生 的主磁场的主磁场电枢绕组产生电枢绕组产生的电枢磁场的电枢磁场主磁场和电枢主磁场和电枢磁场的合成磁场磁场的合成磁场第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 电枢反应电枢反应由图由图 (b)(b)可以看出，可以看出， 在每个主磁极下面，在每个主磁极下面， 电枢磁场的磁通在半个极下由电电枢磁场的

11、磁通在半个极下由电枢指向磁极，枢指向磁极， 在另外半个极下则由磁极指向电枢，在另外半个极下则由磁极指向电枢， 即半个极下电枢磁通即半个极下电枢磁通和主磁通同向，和主磁通同向， 另外半个极下电枢磁通和主磁通反向，另外半个极下电枢磁通和主磁通反向， 因此合成磁场的因此合成磁场的磁通密度在半个极下是加强了，磁通密度在半个极下是加强了， 在另外半个极下是削弱了，在另外半个极下是削弱了， 如图如图 2 - 2 - 22(c)22(c)所示。所示。 由于电枢磁场的存在，由于电枢磁场的存在， 气隙中的磁场发生畸变，气隙中的磁场发生畸变， 这种现象称这种现象称为电枢反应。为电枢反应。第四章 速度、加速度传感器

12、第一节第一节 速度传感器速度传感器 电枢反应电枢反应如果电机的磁路不饱和如果电机的磁路不饱和( (即磁路为线性即磁路为线性) )， 磁场的合成就可以应用叠加原理。磁场的合成就可以应用叠加原理。 例如，例如， N N极右半个极下的合成磁通等于极右半个极下的合成磁通等于 1/2 1/2 主磁通与主磁通与 1/2 1/2 电枢磁通之和，电枢磁通之和， 左半个极下的合成磁通等于左半个极下的合成磁通等于 1/2 1/2 主磁通与主磁通与 1/2 1/2 电枢磁通之差。电枢磁通之差。 因此，因此， N N极左半个极的削弱和右半个极的加强相互抵消，极左半个极的削弱和右半个极的加强相互抵消， 整个极的磁通保持

13、不变，整个极的磁通保持不变， 仅仅磁场的分布发生了变化。仅仅磁场的分布发生了变化。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 实际上电机的磁路总存在饱和，使右半个极下增加的磁通小于左半个极下减实际上电机的磁路总存在饱和，使右半个极下增加的磁通小于左半个极下减小的磁通，因而整个极下的磁通略为减小。其输出特性如图小的磁通，因而整个极下的磁通略为减小。其输出特性如图 4-2 4-2 所示。所示。电枢反应电枢反应第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（2）产生误差的原因和改进方法）产生误差的原因和改进方法 电刷接触压降的影响。电

14、刷接触压降的影响。这是因为电刷接触电阻是非线性的，即当电机转速较低、这是因为电刷接触电阻是非线性的，即当电机转速较低、响应的电枢电流较小时，接触电阻较大，从而使输出电压响应的电枢电流较小时，接触电阻较大，从而使输出电压很小。只有当转速较高、电枢电流较大时，电刷压降才可很小。只有当转速较高、电枢电流较大时，电刷压降才可以认为是常数。为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不以认为是常数。为了减小电刷接触压降的影响，即缩小不灵敏区，应采用接触压降铜灵敏区，应采用接触压降铜- -石墨电极或铜电极，并在它与石墨电极或铜电极，并在它与换向器相接触的表面上镀银。换向器相接触的表面上镀银。第四章 速度、加速度传感

15、器第一节第一节 速度传感器速度传感器 1.直流测速发电机直流测速发电机（2）产生误差的原因和改进方法）产生误差的原因和改进方法 温度影响温度影响得出得出V VCFCF=Cn=Cn这一线性关系的条件之一是励磁磁通这一线性关系的条件之一是励磁磁通为常为常数。数。 实际上，实际上， 电机周围环境温度的变化以及电机本身电机周围环境温度的变化以及电机本身发热发热( (由电机各种损耗引起由电机各种损耗引起) )都会引起电机绕组电阻的变都会引起电机绕组电阻的变化。化。 当温度升高时，当温度升高时， 励磁绕组电阻增大，励磁绕组电阻增大， 励磁电流减励磁电流减小，小， 磁通也随之减小，磁通也随之减小， 输出电压

16、就降低。输出电压就降低。 反之，反之， 当温当温度下降时，度下降时， 输出电压便升高。输出电压便升高。 在实际使用时，可在直流测速发电机的绕组回路中串联在实际使用时，可在直流测速发电机的绕组回路中串联一个电阻值较大的附加电阻，再接到励磁电源上。这样，一个电阻值较大的附加电阻，再接到励磁电源上。这样，当励磁绕组温度升高时，其电阻虽有增加，但励磁回路当励磁绕组温度升高时，其电阻虽有增加，但励磁回路总电阻的变化却较小，故可保持励磁电流几乎不变。总电阻的变化却较小，故可保持励磁电流几乎不变。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.2.已知一直流测速发电机的电枢绕组的电阻已知一

17、直流测速发电机的电枢绕组的电阻r rs s=1.5=1.5，测，测速发电机的负载电阻为速发电机的负载电阻为R RL L=30 =30 ，感应电动势与转速的比，感应电动势与转速的比例系数例系数Ce=0.01Ce=0.01，现测得测速发电机的输出电压为，现测得测速发电机的输出电压为V VCFCF=3V=3V，求测速发电机的转速。求测速发电机的转速。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机分类分类 交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机交流测速发电机分为同步测速发电机和异步测速发电机 同步测速发电机可分为永磁式、感应子式和脉冲式同步测速

18、发电机可分为永磁式、感应子式和脉冲式 异步测速发电机的结构和两相伺服电动机相似。目前在自异步测速发电机的结构和两相伺服电动机相似。目前在自动控制系统中广泛应用的是空心杯转子异步测速发电机。动控制系统中广泛应用的是空心杯转子异步测速发电机。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机永磁式同步测速发电机永磁式同步测速发电机 实质：一台单相永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交实质：一台单相永磁转子同步发电机，定子绕组感应的交变电势大小和频率都随着输出信号（转速）而变化，即：变电势大小和频率都随着输出信号（转速）而变化，即：604.44mpnfEfN

19、KK n永磁式同步测速发电机因感应电势的频率随转速而改变，永磁式同步测速发电机因感应电势的频率随转速而改变，致使电机本身的阻抗及负载阻抗均随转速而变化。因此，这致使电机本身的阻抗及负载阻抗均随转速而变化。因此，这种测速发电机的输出电压不再与转速成正比关系。尽管永磁种测速发电机的输出电压不再与转速成正比关系。尽管永磁式交流测速发电机结构简单，又没有滑动接触，仍不适用于式交流测速发电机结构简单，又没有滑动接触，仍不适用于自动控制系统，通常只是作为指示式转速计。自动控制系统，通常只是作为指示式转速计。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机 感应

20、子式测速发电机和脉感应子式测速发电机和脉冲式测速发电机的工作原冲式测速发电机的工作原理基本相同。都是利用定、理基本相同。都是利用定、转子齿槽位置相对变化而转子齿槽位置相对变化而使输出绕组中的磁通发生使输出绕组中的磁通发生脉动，从而感应出电势。脉动，从而感应出电势。右为感应子式测速发电机右为感应子式测速发电机的原理性结构图。的原理性结构图。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 定、转子铁心均由高硅薄钢定、转子铁心均由高硅薄钢片冲制叠成。定于内圆周上片冲制叠成。定于内圆周上有大槽和小槽。大槽与大槽有大槽和小槽。大槽与大槽之间放置励磁绕组。在之间放置励磁绕组。在1212个个定

21、子齿上分别放置输出绕组，定子齿上分别放置输出绕组，并将输出绕组连结为三相对并将输出绕组连结为三相对称绕组。转子外圆周上为称绕组。转子外圆周上为2424个均布齿槽。个均布齿槽。2.交流测速发电机交流测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机当励磁绕组中通入直流励磁。当励磁绕组中通入直流励磁。使定子铁心磁化为使定子铁心磁化为N N、S S相间相间的四极磁场。转子不动时，定的四极磁场。转子不动时，定子齿中的磁通不随时间变化，子齿中的磁通不随时间变化，故定子输出绕组中没有感应电故定子输出绕组中没有感应电势。转子转动后，因定、转子势。转子转动

22、后，因定、转子齿的相对位置发生周期性变化，齿的相对位置发生周期性变化，则使定子齿中的磁通发生脉动，则使定子齿中的磁通发生脉动，输出绕组中便产生交变电势。输出绕组中便产生交变电势。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 当转子一个齿的轴线与定子当转子一个齿的轴线与定子某齿的轴线位置一致时，如某齿的轴线位置一致时，如图中定子齿图中定子齿2所示，该定子所示，该定子齿对应有最大的气隙磁导值。齿对应有最大的气隙磁导值。而当转子转过半个齿距后，而当转子转过半个齿距后，使转子槽的轴线与上述定子使转子槽的轴线与上述定子齿的轴线位置一致，该定子齿的轴线位置一致，该定子齿就对应有最小的气隙磁

23、导齿就对应有最小的气隙磁导值。值。2.交流测速发电机交流测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 以后便以此重复进行。这样以后便以此重复进行。这样定子输出绕组所匝链的磁通定子输出绕组所匝链的磁通大小也相应发生周期性的变大小也相应发生周期性的变化，在其中便感应出交流电化，在其中便感应出交流电势。由以上分析可知，每当势。由以上分析可知，每当转子转过转子转过个齿距、输出绕个齿距、输出绕组的感应电势就变化一个周组的感应电势就变化一个周期故输出电势的频率应为期故输出电势的频率应为2.交流测速发电机交流测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 以

24、后便以此重复进行。这样以后便以此重复进行。这样定子输出绕组所匝链的磁通定子输出绕组所匝链的磁通大小也相应发生周期性的变大小也相应发生周期性的变化，在其中便感应出交流电化，在其中便感应出交流电势。由以上分析可知，每当势。由以上分析可知，每当转子转过转子转过个齿距、输出绕个齿距、输出绕组的感应电势就变化一个周组的感应电势就变化一个周期故输出电势的频率应为期故输出电势的频率应为2.交流测速发电机交流测速发电机60rZ nf 第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 脉冲式同步测速发电机脉

25、冲式同步测速发电机2.交流测速发电机交流测速发电机 脉冲式测速发电机是以脉冲频率作为输出信号。因输出电脉冲式测速发电机是以脉冲频率作为输出信号。因输出电压的脉冲频率与转子转速保持严格的正比关系，所以也是压的脉冲频率与转子转速保持严格的正比关系，所以也是属于同步电机类型。属于同步电机类型。 其特点是输出信号的频率相当高，即使在较低的转速下其特点是输出信号的频率相当高，即使在较低的转速下(如每分钟几转或几十转）也能输出较多的脉冲数。如每分钟几转或几十转）也能输出较多的脉冲数。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 脉冲式同步测速发电机脉冲式同步测速发电机2.交流测速发电机交流

26、测速发电机 因此，以脉冲个数表示的速度分辨率就比较高，使它适用因此，以脉冲个数表示的速度分辨率就比较高，使它适用子速度较低的调节系统，特别适用于如下图的鉴频锁相速子速度较低的调节系统，特别适用于如下图的鉴频锁相速度控制系统。度控制系统。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 目前在自动控制系统中广泛应用的是空心杯转子异步测速目前在自动控制系统中广泛应用的是空心杯转子异步测速发电机。发电机。 这种结构型式可使测速发电机输出特性有较高的精度，又这种结构型式可使测速发电机输出特性有较高的精度，又因其转子的转动惯量较小，能够满足系统快速性的要求。因其转子的转动惯量较小，能够满足系

27、统快速性的要求。 同时，为了获得较好的线性输出特性并使其性能稳定，转同时，为了获得较好的线性输出特性并使其性能稳定，转子电阻要比空心杯转子两相伺服电动机更大。因此，空心子电阻要比空心杯转子两相伺服电动机更大。因此，空心杯转子通常采用电阻率较大和温度系数较低的材料制成，杯转子通常采用电阻率较大和温度系数较低的材料制成，如磷青铜、锡锌青铜、硅锰青铜等。如磷青铜、锡锌青铜、硅锰青铜等。 目前，我国生产的这种测速发电机，其型号为目前，我国生产的这种测速发电机，其型号为CK2.交流测速发电机交流测速发电机交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2

28、.交流测速发电机交流测速发电机交流异步测速发电机交流异步测速发电机 交流测速发电机主要由固定交流测速发电机主要由固定不动的定子和中间的转子两部不动的定子和中间的转子两部分组成。分组成。 定子和转子都固定在软铁材定子和转子都固定在软铁材料（硅钢）制成的铁心上，以料（硅钢）制成的铁心上，以便在发电机内部形成工作磁路便在发电机内部形成工作磁路。 第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机 两相定子绕组空间互差两相定子绕组空间互差 9090 电角度，其中一个绕组电角度，其中一个绕组为励磁绕组，另一个绕组为为励磁绕组，另一个绕组为输出绕组。输出绕组。

29、交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 交流测速发电机有两种转交流测速发电机有两种转子：鼠笼转子和非磁性杯形子：鼠笼转子和非磁性杯形转子。转子。 鼠笼转子鼠笼转子的导流条嵌装在的导流条嵌装在铁心的槽中，两端的两个短铁心的槽中，两端的两个短路环把所有导流条连接在一路环把所有导流条连接在一起，构成转子绕组。起，构成转子绕组。 2.交流测速发电机交流测速发电机交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机 非磁性杯形转子交流测速非磁性杯形转子交流测速发电机，测

30、量精度高，转子发电机，测量精度高，转子的转动惯量小，应用广泛。的转动惯量小，应用广泛。 杯形转子可以看成有无数杯形转子可以看成有无数紧密排列的导流条的鼠笼，紧密排列的导流条的鼠笼，杯的两端就是短路环。杯的两端就是短路环。 交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 转子不动时转子不动时 励磁绕组和转子绕组就励磁绕组和转子绕组就相当于空载变压器的原边绕相当于空载变压器的原边绕组和副边绕组，其交变磁场组和副边绕组，其交变磁场的轴线方向都与输出绕组垂的轴线方向都与输出绕组垂直，输出绕组没有感应电势直，输出绕组没有感应电势产生。产生。 2.交流测速

31、发电机交流测速发电机交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机 转子转动时转子转动时 转子绕组切割励磁绕组转子绕组切割励磁绕组产生的交变磁场的磁力线，产生的交变磁场的磁力线，其感应电流产生的交变磁场其感应电流产生的交变磁场沿输出绕组的轴线方向，输沿输出绕组的轴线方向，输出绕组产生交变感应电势输出绕组产生交变感应电势输出。出。 交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 2.交流测速发电机交流测速发电机 定子输出绕组感应电定子输出绕组感应电势的频率等于转子

32、磁场频率势的频率等于转子磁场频率，也就等于励磁电源频率。，也就等于励磁电源频率。转子磁场和输出绕组感应电转子磁场和输出绕组感应电势的幅值（有效值）正比于势的幅值（有效值）正比于转子的转速。转子的转速。 nUk2交流异步测速发电机交流异步测速发电机第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 二、线振动速度传感器二、线振动速度传感器当一个绕有当一个绕有N N匝的线圈作垂直匝的线圈作垂直于磁场方向相对运动时，线于磁场方向相对运动时，线圈切割磁力线，由法拉第电圈切割磁力线，由法拉第电磁感应定律可知，线圈产生磁感应定律可知，线圈产生感应电动势感应电动势E E传感器结构选定后，其传感器结

33、构选定后，其N N，B B，L L均为常数，因此感应式传感器均为常数，因此感应式传感器的感应电动势正比于被测速度的感应电动势正比于被测速度磁电式传感器磁电式传感器第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 二、线振动速度传感器二、线振动速度传感器当壳体当壳体5 5随被测振动体一起振动时，由于弹簧随被测振动体一起振动时，由于弹簧2 2较软，运动部件较软，运动部件质量相对较大，因此当振动质量相对较大，因此当振动频率远高于传感器的固有频频率远高于传感器的固有频率时，运动部件的惯性很大，率时，运动部件的惯性很大，来不及跟随振动体一起振动，来不及跟随振动体一起振动，而产生相对运动，而永

34、久磁而产生相对运动，而永久磁铁铁4 4与线圈与线圈3 3之间的相对运动之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，速度接近于振动体振动速度，因此传感器中产生与振动速因此传感器中产生与振动速度成正比的感应电动势并输出。度成正比的感应电动势并输出。恒定磁通式线振动速度传感器恒定磁通式线振动速度传感器第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.1.变磁通式变磁通式变磁通式又称（变）磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体变磁通式又称（变）磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的角速度的角速度开磁路式开磁路式闭

35、磁路式闭磁路式第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.1.变磁通式变磁通式开磁路式开磁路式工作时，传感器不动，将导磁工作时，传感器不动，将导磁材料制成的测量齿轮安装在材料制成的测量齿轮安装在被测旋转体上。传感器软铁与被测旋转体上。传感器软铁与齿轮轮齿的间隙约为齿轮轮齿的间隙约为0.10.7mm0.10.7mm。间歇小，输出电压幅值大，但太间歇小，输出电压幅值大，但太小时会因齿轮安装偏心而发生齿小时会因齿轮安装偏心而发生齿轮和传感器卡死现象。所以应在轮和传感器卡死现象。所以应在不影响齿轮正常

36、转动情况下尽可不影响齿轮正常转动情况下尽可能调整到间隙最小，以获得最大的输出电压幅值。能调整到间隙最小，以获得最大的输出电压幅值。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.1.变磁通式变磁通式开磁路式开磁路式测量时，齿轮随被测旋转体一起测量时，齿轮随被测旋转体一起转动，每转过一个齿，传感器磁转动，每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，磁通也变化一路磁阻变化一次，磁通也变化一次，因此线圈产生感应电动势的次，因此线圈产生感应电动势的变化频率等于齿轮的齿数与转速的变化频率等于齿轮的齿数与转速的乘积

37、。乘积。这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测高转速。齿轮较危险而不宜测高转速。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.1.变磁通式变磁通式闭磁路式闭磁路式工作时，转子与转轴固紧并工作时，转子与转轴固紧并随被测轴转动，转子、定子随被测轴转动，转子、定子和永久磁铁组成磁路系统。和永久磁铁组成磁路系统。在转子和定子的环形端面上在转子和定子的环形端面上铣有均匀分布的齿和槽，且铣有均匀分布的齿和槽，且两者的齿、槽数

38、对应相等。两者的齿、槽数对应相等。当转子的齿与定子的齿相对时，气隙最小，磁路系统的磁通最大。当转子的齿与定子的齿相对时，气隙最小，磁路系统的磁通最大。而齿与槽相对时，气隙最大，磁通最小。因此测量转速时，磁通而齿与槽相对时，气隙最大，磁通最小。因此测量转速时，磁通周期变化，线圈产生感应电动势的频率与转速成正比。周期变化，线圈产生感应电动势的频率与转速成正比。zfn/60转轴转轴转子转子永久磁铁永久磁铁线圈线圈外壳外壳第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器1.1.变磁通式变磁通式闭磁路式闭磁路式

39、闭磁路式测量范围大，为闭磁路式测量范围大，为（504000504000）r/min,r/min,可连续可连续使用，且方便、可靠。使用，且方便、可靠。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.2.霍尔式和电涡流式转速传感器霍尔式和电涡流式转速传感器利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可测量位移也利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可测量位移也可测量转速（角速度）。可测量转速（角速度）。在被测物上粘有多对小磁钢，在被测物上粘有多对小磁钢，霍尔元件固定于小磁钢附近。霍尔元件固定于小磁钢附近。当

40、被测物转动时，每当一个当被测物转动时，每当一个小磁钢转过霍尔元件（通以小磁钢转过霍尔元件（通以电流），霍尔元件输出一个电流），霍尔元件输出一个响应的脉冲。测得单位时间响应的脉冲。测得单位时间的脉冲数，即可求得被测物的脉冲数，即可求得被测物的转速和角速度。的转速和角速度。霍尔元件由半导体材料制成，体积小，结构简单。霍尔元件由半导体材料制成，体积小，结构简单。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.2.霍尔式和电涡流式转速传感器霍尔式和电涡流式转速传感器利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可

41、测量位移也利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可测量位移也可测量转速（角速度）。可测量转速（角速度）。传感器靠近被测物上设定的等距传感器靠近被测物上设定的等距标记（如凸齿）安装，当被测物标记（如凸齿）安装，当被测物转动时，传感器输出频率与转速转动时，传感器输出频率与转速成正比的信号。成正比的信号。第四章 速度、加速度传感器第一节第一节 速度传感器速度传感器 三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器三、变磁通式、霍尔式和电涡流式速度传感器2.2.霍尔式和电涡流式转速传感器霍尔式和电涡流式转速传感器利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可测量位移也利用霍尔效应和电涡流效应的传感元件，既可测量位移也可测