南理工测试技术课件第14章 位移、速度、加速度测量

学习要求1.了解常用的位移、速度、加速度测量方法及其分类；2.熟悉常用的位移、速度、加速度测量用传感器原理；3.掌握位移、速度、加速度测量系统的组建方法及相关注意事项；4.了解位移、速度、加速度测量系统的标定方法。7/17/2026位移是一种常见的运动量，是线位移和角位移的总称。位移是向量。14.1位移测量7/17/2026按位移测量原理来分有：①机械式位移测量法如浮子式油量表、水箱液位计等都是利用浮子来感受液面的位移，达到指示油量的大小和水位的高低。特点：机械惯性大，动态特性较差，不能远距离传送。7/17/2026②电气式位移测量法位移量通过位移传感器转换为电量，再经相应的测试电路处理后，传递到显示或记录装置。特点：动态范围大，接触式测量时，传感器对被测对象有一定影响。火炮自动机位移测量仪7/17/2026③光电式位移测量法将机械位移量通过光电式位移传感器转换为电量再进行测量的方法。特点：应用于需进行非接触测量的场合，对被测对象无不良影响，具有较高的频响精度。7/17/2026位移传感器信号调理电路记录仪器电感式位移测量系统电容式位移测量系统光电式位移测量系统位移测量系统组成7/17/2026测量原理:电感式位移测量系统是变磁阻类测量装置。电感线圈中输入的是交流电流，当被测位移量引起铁芯与衔铁之间的磁阻变化时，线圈中的自感系数L或互感系数M产生变化。14.1.1电感式位移测量系统7/17/2026电感式传感器的几个特点：①结构简单，工作中没有活动电接触点，因而，比电位器工作可靠，寿命长。②灵敏度高，分辨率高，能测出0.1μm甚至更小的机械位移变化，能感受小至的微小角度变化。传感器的输出信号强。③电压灵敏度高，有利于信号的传输与放大。④重复性好，线性度优良，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定。7/17/2026。

自感式传感器（电感式）互感式传感器（差动变压器式）变磁阻式传感器变压器式传感器涡流式传感器电感式传感器可分为两大类：根据工作原理亦可分为：7/17/20261单磁路自感式电感传感器1)工作原理由衔铁、铁芯和线圈三部分组成，衔铁和铁芯之间有空隙，传感器的运动部分与衔铁相连，当传感器测量物理量时，衔铁运动部分产生位移，导致气隙厚度δ变化，从而使线圈的电感值发生变化。14.1.1.1变磁阻式电感传感器7/17/2026

当线圈中有电流通过时，线圈中就会产生磁通，若电流随时间变化，则磁通亦随时间变化，有：线圈的自感系数：

在线圈中，磁通Φ与电流I的关系：常数磁通线圈匝数7/17/2026即：Ψ——磁链

线圈中电感L等于单位电流所产生的磁链，磁通Φ取决于磁路中磁阻RM及磁动势WI，即，代入L中

线圈电感值计算：式中W——线圈的匝数；

Rm——磁路的总磁阻。总磁阻7/17/2026若气隙厚度δ较小，可认为空气隙磁场是均匀的，忽略磁路铁损，则总磁阻为磁路中铁芯，空气隙和衔铁的磁阻之和，

式中

——磁通通过铁芯的长度；

——铁芯横截面积；

——铁芯在磁感应值为时的磁导率；

——衔铁横截面积；

——衔铁在磁感应值为时的磁导率；磁导率导磁率H/m7/17/2026

——空气隙长度；

——空气隙横截面积；

——空气的磁导率；有：

因为铁芯和衔铁为导磁性材料，其磁阻与空气隙磁阻相比很小，计算时可忽略不计，

有：线圈匝数W确定后，只要空气隙长度δ和空气隙截面二者之一发生变化，传感器的电感量都会发生变化。7/17/2026变气隙厚度δ的电感式传感器变气隙面积S的电感式传感器变磁导率μ的电感式传感器变磁阻式传感器的类型：可变导磁面积型7/17/2026

假设初始气隙为δ0，则初始电感为

当，电感量为：L与δ的关系为双曲线2）特性分析7/17/2026

电感的变化量ΔL为

有：

当《1时，可将上式展开成级数

7/17/2026当电感变化量为有

可见，不若考虑包括2次项以上的高次项，则与成比例关系，因此，高次项的存在是造成非线性的主要原因。但当空气隙相对变化越小时，高次项将迅速减小，非线性可以得到改善。然而，这导致传感器的测量范围（即衔铁的允许工作位移）变小.

一般对于变气隙式电感传感器，取

=0.1～0.2。7/17/2026由两只完全对称的单磁路自感电感传感器合用一个活动衔铁组成。其结构特点是上下两个导磁体的几何尺寸完全相同，材料相同，上下两只线圈的电气参数也完全一致。

（b）螺管型（a）E型2自感式差动电感传感器1）结构特点7/17/2026上图为差动电感传感器电桥接线图。传感器的两只电感线圈接成交流电桥的相邻两臂，另外两个桥臂由电阻组成。7/17/2026

在起始位置时，衔铁处于中间位置，两边的空隙相等，因此，两只电感线圈的电感量在理论上相等，电桥的输出电压，电桥处于平衡状态。

当衔铁偏离中间位置向上或向下移动时，造成两边气隙不一样，使两只电感线圈的电感量一增一减，电桥就不平衡。电桥输出电压的幅值大小与衔铁移动量的大小成比例，其相位则反相180º。因此，如果测量出输出电压的大小和相位，就能确定位移量的大小和方向。

2）工作原理7/17/20263）E型差动电感传感器接入电桥后的输出特性

输出特性是指电桥输出电压与传感器衔铁位移量之间的关系。

当衔铁在中间位置时，两边的气隙长度相等，有：7/17/2026

——单个电感线圈的铜电阻；

——单个电感线圈的交流阻抗（在时）；

——电源电压的角频率。

当衔铁偏离中间位置时，设向上偏移，磁路上半部气隙磁导增加，下半部气隙磁导减少，于是电桥对角端有电压输出。假定电桥输出端的负载阻抗为无穷大，则输出电压为

（14-8）7/17/2026

由于上下两边气隙不相等，阻抗也有了改变，上边增加，下边减少，即。其中，，。电桥的另两臂是电阻，即。将这些关系代入式（14-8）可得式中Z0——衔铁在中间位置时单个电感线圈的阻抗；

Rc——衔铁在中间位置时单个线圈的铜电阻；

L0——衔铁在中间位置时单个线圈的起始电感量。7/17/2026

单个电感传感器的和的关系是非线性的，但当构成差动电感传感器且接成电桥以后，电桥输出电压将与有关。图14-47/17/2026

差动电感传感器衔铁的线性工作范围一般可取为。

采用差动式电感传感器不仅可以减少非线性，同时还可以提高灵敏度。★优点：差动型7/17/2026与变压器不同之处：变压器是闭合磁路，差动变压器是开磁路；前者原、副边间的互感系数是常数，而后者的互感系数随衔铁移动有相应变化。

图14-51工作原理简称差动变压器，如图14-5所示。由铁芯、衔铁和线圈组成。差动变压器上下两只铁芯均有一个初级线圈1（又称激励线圈）和一个次级线圈2（也称输出线圈）。上下两只初级线圈串联后接交流激励电压。两只次级线圈按电势反相串接。14.1.1.2差动变压器式传感器7/17/2026

当衔铁处于中间时，δ1=δ2，线圈1中产生交变磁通为Φ1和Φ2，在线圈2中产生交流感应电势，由于两边气隙相等，磁阻相等，所以Φ1=Φ2，次级线圈中感应电势，输出电压。当衔铁偏离中间位置时，两边气隙不相等，两线圈之间的互感M发生变化，次级线圈中感应电势不再相等，便有电压输出。的大小和相位取决于衔铁移动量的大小和方向。7/17/2026图14-6衔铁均为板形，灵敏度高，范围则较窄，测量几到几百微米

圆柱形衔铁的螺管型

测量转角的差动变压器圆柱形衔铁的螺管型2差动变压器式传感器的结构类型和主要特性1).结构类型7/17/2026在初始状态时，元件1与元件2一致，它们的初级线圈电感为——初级线圈的匝数；——初始状态时磁路磁阻。

初级线圈中的电流为

式中——初级线圈的直流电阻。

2).主要特性7/17/2026

当有空气隙变化为时，两个初级线圈的电感分别为初级线圈的阻抗分别为7/17/2026此时初级线圈的电流为次级线圈的输出电压为两个线圈感应电势之差而感应电势分别为7/17/2026M1及M2为初级与次级之间的互感系数，其值分别为

式中W2——次级线圈的匝数；

Φ1、Φ2——分别为上下两个磁系统中的磁通。

综上有:7/17/2026一般情况下，所以可忽略不计，可求得输出电压为传感器的灵敏度

可见，差动变压器式传感器的特性几乎完全是线性的，其灵敏度不仅取决于磁系统的结构参数，同时也取决于初级、次级线圈的匝数比及激励电源电压的大小。

可以通过改变匝数比及提高电源电压来提高灵敏度。7/17/2026

差动变压器的输出电压是调幅波，为辨别衔铁的移动方向，要进行解调。常用解调电路有：差动相敏检波与差动整流电路。

（1）差动相敏检波电路。相敏检波电路要求参考电压与差动变压器次级输出电压频率相同，相位相同或相反；因此常接入移相电路。为提高检波效率，参考电压幅值取为信号的3～5倍。

3)差动变压器的测量电路7/17/2026

（2）差动整流电路。——辨别移动方向、消除零点残存电压7/17/202614.1.1.3电涡流式传感器7/17/2026

1感应电涡流位移传感器的工作原理7/17/20262)电涡流产生一个电磁场

电涡流产生一个电磁场，作用于传感器的线圈上，由楞次定律，这个磁场的特点是它将反抗原来磁场的变化，总的平均效应是使空间的磁场受到削弱（电涡流产生的磁通的方向与原来线圈的磁通方向相反）。1)在平板上产生电涡流

当金属平板置于交变的磁场中或有在磁场中运动时，金属板内就要产生感应电流，这种电流在金属体内是自己闭合的环状电流，称之为涡流。涡流回路是以线圈为中心线的圆心的同心圆。7/17/20263)电涡流有热效应

电涡流在金属板中流动，回路将呈现一定的电阻，因此，要产生焦耳—楞次热，要消耗一部分能量。4)对铁磁材料要磁化，产生附加的磁场

若金属平板是由磁性材料做成的，在线圈磁场的作用下，金属板将被磁化，产生一个附加磁场又增强了线圈中的磁场。5)铁磁材料由于存在磁滞损耗，要发热

金属板是磁性材料，交变的高频磁场使它反复磁化，由于磁性材料的磁滞特性，反复磁化要消耗能量，也就是存在磁滞损耗。在实际工作中，经常使用铝板，可避免此现象。7/17/20262物理模型7/17/2026

将线圈和金属板看成是一个空心变压器

传感器线圈→初级；金属板→次级

由于存在热效应，金属板具有电感L和电阻r，两线圈间有互感M，显然M与两线圈之间的距离有关。设初级线圈中有电流i1，由于互感作用，次级回路中有电流i2。由回路电压定律：沿回路所升高的电位必等于沿此回路所降低的电位）。7/17/2026取拉氏变换，然后令中，（1）（2）由（2）求出代入（1）7/17/2026则有线圈中有效阻抗实部虚部电阻分量线圈本身电阻涡流热效应产生的电阻实部7/17/2026虚部感抗分量本身电感电涡流效应造成的

由此可知，等效阻抗中，电阻分量和等效电感的表示式中都包含有互感M这个量，而M和线圈与金属板之间的距离有关，金属板的材料有关。7/17/20263影响传感器性能的因素1).线圈结构的影响

我们希望灵敏度高，线性范围大，对电涡流式传感器，灵敏度和线性范围受线圈产生的磁场分布情况影响。要使线性范围增大则线圈的磁场轴向分布范围要大，要使灵敏度越高，则需被测导体向轴向移动时，磁场强度变化梯度越大。分析结果：线圈薄时，灵敏度高。线圈外径大时，传感器线性范围大，线性范围增大，但灵敏度降低。传感器的线性范围一般为线圈外径的1/3～1/5。7/17/20262).被测体的材料、尺寸、形状对灵敏度的影响

电涡流式传感器是利用线圈与被测金属导体之间的磁性耦合程度的变化进行的。所以传感器的线圈仅为传感器的一半，另一半则是被测物体，被测物体的物理性质、几何形状及尺寸都会影响灵敏度的测量结果。

★一般：被测物体电导率越高→则灵敏度越高。被测物体磁导率越高→则灵敏度越低。★被测物体的平板半径应大于线圈半径的1.8倍，否则不能全部利用所能产生的电涡流效应，致使灵敏度降低。7/17/20264测量电路

介绍一种用途较为广泛的阻抗分压调幅测量电路的工作原理。（实际上是测量的阻抗的变化）测量电路框图如下：7/17/2026

传感器与电容C并联，组成一个LC并联谐振电路。所谓谐振：在一定条件下，感抗和容抗消失，呈现为纯电阻性的交流电路。可将其等效为下图：7/17/2026由图可得回路方程：

i为总电流，、为两条并联电路上的电流。→上电压降，为电感上电压降。7/17/2026取拉氏变换，令，（0初始条件）(1)(3)(2)由此可求出电路的复导纳——阻抗之倒数。7/17/2026

若虚部为0，则电流矢量与电压矢量同相，电路呈纯电阻性，此时为谐振。

因此电路产生谐振的条件是可解出谐振频率所以7/17/2026

一般有Re是很小的，对一定的线圈来讲，则有此时电路的纯电阻即7/17/2026

若仅考虑阻抗大小，其频率特性可用图示表示：无论激励频率大于还是小于谐振频率，回路中阻抗将下降。7/17/2026

从测量电路框图中还可看到，电阻R与谐振回路的阻抗对于石英振荡器输出来讲构成了一个分压关系，两者是串联的。

一般来讲，对于非磁性材料有如图关系：7/17/2026对磁性材料而言有下图关系：7/17/20261、电感测微仪探头测量电桥交流放大相敏检波指示器振荡器14.1.1.4应用举例7/17/2026变气隙式电感测微仪动态测量范围：±1mm分辨率：1um精度：3%7/17/2026F2、电感压力传感器——变气隙式结构7/17/2026变气隙式差动压力传感器7/17/2026电感式油压传感器——液压传动的各种机械装置7/17/20263.低频透射式涡流传感器测量板材厚度L1产生的磁力线切割M→在被测体M中产生电涡流i，涡流损耗部分能量，使通过L2的磁力线减少，引起L2电势E下降。7/17/20264.涡流转速计齿轮齿数7/17/20265.涡流探伤仪金属材料的表面裂纹电缆传输线热处理裂纹焊缝等——检查金属表面裂纹、焊接部位的探伤传感器与被测体距离不变，裂纹将引起金属的电阻率、磁导率变化，综合引起传感器参数变化。7/17/20266测量位移（2）汽轮机主轴的轴向窜动量程：0～30mm分辨率：0.1%（1）液位监控系统7/17/2026水箱旁通阀省煤器电感传感器M调节阀控制器输出锅筒电磁线圈玻璃板液位计传感器

浮球离心水泵7.自动连续给水控制装置7/17/2026电容式传感器是以电容器为敏感元件，将被测非电量转化为电容量的变化，进而实现非电量到电量的转换。电容元件非电量电容量变化14.1.2电容式位移测量系统7/17/2026★优点：

①高阻抗，小功率。②灵敏度高，具有较高的信噪比和系统稳定性。③良好的动态特性。④结构简单，适应性强。⑤可进行非接触测量。⑥本身发热影响小。

★缺点：①变间隙电容传感器非线性较严重。②输出阻抗很高。③寄生电容大电容式传感器的特点7/17/2026★应用：可用于位移、压力、厚度、液位、湿度、振动、转速、流量的测量。

1920-1925电容传感器用于测量

70-80年代，应用广泛

集成电容传感器电容式传感器的应用7/17/2026在忽略边缘效应时，平板电容器的电容为

C—电容量；d—两平行极板间的距离；

—介质的相对介电常数；

—真空的介电常数，

=8.85×10-12F/m；A—极板面积。电容式传感器的工作原理7/17/2026

在进行非电量电测时，可把力、加速度、位移及转速等力学量转换成d、A或的变化，从而转换成电容量的变化。1)边缘效应产生的原因：电场均匀分布于两极板所围成的空间;2)后果：边缘效应相当于传感器并联一个电容,引起传感器灵敏度下降和非线性增加。3)消除边缘效应的方法：应增大初始电容量，即可适当增大极板面积、减小极板间距。也可采用等位环的方法边缘效应：7/17/2026电容式传感器分为三个类型，即变极距（d）型、变面积（A）型和变介电常数（ε）型。

电容式传感器的结构类型及主要特性结构类型7/17/20261、基本工作原理C——电容量，单位：F法拉

——真空介电常数，8.85×10-12F/m

——极板间介质的相对介电常数A——极板的有效面积（m2）

——两平行极板间的距离（m）平板电容器7/17/2026x固定极板可动极板

x输出

C0x0

x

CdC

图中一个电极板固定不动，称为固定极板，另一极板可左右移动，引起极板间距离x相应变化，从而引起电容量的变化。因此，只要测出电容变化量ΔC，便可测得极板间距的变化量，即动极板的位移量Δx。

变极距式电容传感器改成差动式，不仅非线性误差大大减少，灵敏度也可提高了一倍。2.变极距式电容传感器7/17/20263.变面积式电容传感器由两个电极板构成，一个固定极板，一个为可动极板，两极板均呈半圆形。假定极板间的电介质不变，当两极板完全正对时，其电容量C0为7/17/2026电容式位移传感器的位移测量范围为

1μm～10mm之间，变极距式电容传感器的测量精度约为2%，变面积式电容传感器的分辨率可达0.3μm。当可动极板绕轴转动一个

角时，两极板的对应面积要减少ΔA。则传感器的电容量就要减少ΔC，将电容量的变化检测出来，可实现角位移的测量。变面积式电容传感器

固定极板可动电极7/17/2026电容式传感器桥式电路单臂接法UscCxC1C2C3Usr差动接法UscC0+ΔCC0—ΔCUsr4.电容式传感器的测量电路

测量电路将电容量转换成电压、电流或频率信号。常用的测量电路有。（1）桥式电路7/17/2026（2）运算放大器电路

变极距型电容传感器的极距变化与电容量成非线性关系，这一缺点使电器传感器的应用受到一定限制，而采用运算放大器电路可得到输出电压与输入位移的线性关系。如图14-15所示，C0为固定电容，Cx为反馈电容且为电容式传感器。根据运算放大器的运算关系，有

Cx运算放大器电路C0UsckUsr7/17/2026

半导体光电位置敏感器件（positionSensitiveDetector简称PSD）是一种对其感光面上入射光点位置敏感的光电器件，即当入射光点落在器件感光面的不同位置时，将对应输出不同的电信号，通过对此输出电信号的处理，即可确定入射光点在器件感光面上的位置。

PSD可分为一维和二维PSD。14.1.4光电位置敏感器件7/17/2026线阵光位置传感器面阵光位置传感器二维面阵光位置传感器7/17/2026

PSD测量系统具有非接触、测量范围较大、响应速度快、精度高等优点，近年来广泛用于位移、物体表面振动、物体厚度等参数的检测。光位置传感器的结构通过检测电流检测光照射的位置7/17/2026作业6-1试分析比较变磁阻式自感传感器、差动变压器式互感传感器和涡流传感器的工作原理和灵敏度。6-2差动变压器式传感器有几种结构形式？各有什么特点？6-3差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？6-4电涡流的形成范围包括哪些内容？它们的主要特点是什么？7/17/20266-5电涡流传感器常用测量电路有几种？其测量原理如何？各有什么特点？6-6已知一差动整流电桥电路如题6-7图所示。电路由差动电感传感器Z1、Z2及平衡电阻R1、R2（R1=R2）组成。桥路的一个对角接有交流电源，另一个对角线为输出端Uo，试分析该电路的工作原理。7/17/20266-7电涡流式传感器有何特点？画出应用于测板材厚度的原理框图。6-8一个铁氧体环形磁芯，平均长度为12cm，截面积为1.5cm2，平均相对磁导率，求：(1)在上面均匀绕线500匝时的电感值是多少？(2)匝数增加一倍时电感值是多少？6-9电涡流传感器线圈的外径、内径和厚度分别为φ8mm、φ3mm和2mm。用它检测铜材的厚度，若以X=2mm为零点，测量范围为±0.2mm，试求用端点连线法求线性度相对误差为多少？7/17/2026物体的运动速度分为线速度和角速度(转速)。速度是位移对时间的微分，对加速度的积分，可通过位移传感器的输出电信号通过微分电路进行微分，或者把加速度传感器的输出电信号通过积分电路进行积分，就可以得到速度随时间的变化关系。存在的问题：

1)微分处理

2)积分处理因此速度测量最好采用直接测量法。14.2速度测量测速电机7/17/2026

平均速度法适用于测量运动较平稳的物体的速度。通过已知的位移Δx和相应的时间间隔Δt来测量平均速度。14.2.1平均速度法7/17/2026常用的区截装置有：线圈靶光幕靶天幕靶网靶铝箔靶钢板靶14.2.1平均速度法7/17/2026线圈靶的类型感应线圈靶感应线圈靶：要求被测物体带有磁性结构特点：仅有一组感应线圈励磁线圈靶励磁线圈靶：要求运动体是磁导体。结构特点：两组线圈，外层为感应线圈，内层为励磁线圈1、线圈靶7/17/2026感应线圈靶的工作原理基于电磁感应原理xzy0rpa

Qp为点磁偶极子的磁矩n为线圈靶的有效圈数μ0运动体的磁导率a为线圈的有效半径1、线圈靶7/17/2026

x

xem为感应电势的峰值p为点磁偶极子的磁矩n为线圈靶的有效圈数μ0运动体的磁导率a为线圈的有效半径1、线圈靶7/17/2026使用注意事项：使用感应线圈需对运动体进行磁化；线圈中心应与运动体的运行方向尽量重合特征点：1)类似于正弦的区截信号对应于线圈靶的中性平面;2)em为信号的峰值点电势。1、线圈靶7/17/2026

天幕靶是一种光电靶，利用太阳光在大气中散射而形成的自然光为光源。也可以使用直流光源。

特点：对运动体材料没有特殊要求，对运动体飞行没有干扰。2、天幕靶7/17/2026badccdba根据透镜成象原理，发光体ab所成的象为a’b’。如在象前装一个光阑，则只有光阑上狭缝所允许通过的光才能成象于c’d’。

如对准c’d’安装一个光敏元件，它所接收的只是垂直于纸面方向(与光阑狭缝平行)，宽度为cd的一条光幕的光。当弹丸飞过该光幕时，弹丸的影像将使照射到光敏元件上的光通量发生变化，使光敏元件产生的电信号发生变化，发出区截信号。

天幕靶的工作原理7/17/20267654321NS

（本课程仅介绍永磁感应测速传感器的工作原理）1、结构特点1运动体上嵌入的永久磁铁2和5

铁芯3和6

速度线圈7位移线圈14.2.2瞬时速度测量7/17/2026永磁感应测速传感器结构特点：速度线圈均匀密绕，采用串联连接方式位移线圈：相邻两个位移绕组的绕向相反，相邻绕组之间距离称为节距。△s△s7/17/20262、永磁感应测速传感器工作原理基于电磁感应原理1）两组速度线圈绕组串联的目的●提高传感器灵敏度；●消除运动体振动B是恒定的，确保了输出信号的线性关系，同时消除了振动。14.2.2瞬时速度测量7/17/20262）位移线圈绕组原因：目前国内外没有线速度标准源，无法对速度信号进行标定。目的：对速度进行标定或标记。永磁感应测速传感器工作原理7/17/2026输出信号特点：锯齿波的峰—谷、谷—峰为运动体运动了一个节距的距离。疏密程度：可以判断运动体速度大小：疏——速度慢密——速度快可利用此信号对速度信号进行标定永磁感应测速传感器工作原理7/17/20263）铁芯材料▲采用软磁材料，同时采取防涡流措施。▲铁芯材料：剩磁强度和矫顽力尽可能小，以防永久磁铁对其磁化，以提高传感器的线性度。▲一般选用：坡莫合金——经特殊热处理后的铁镍合金。▲结构形式：采取扁平的薄片状铁芯，以尽可能减少铁芯中产生的电涡流。永磁感应测速传感器工作原理7/17/20264)永久磁铁永久磁铁具有较强的矫顽力，要抗冲击，选用硬磁材料，以提高传感器灵敏度。结构要求：永久磁铁的宽度要小于节距。5）磁头件与运动物体连接的要求连接件的要求：▲重量轻；▲刚度大；▲连接牢靠永磁感应测速传感器工作原理7/17/20263．测量系统

1）测量系统组成永磁感应测速传感器测量放大器低阻抗输入记录仪器高阻抗输入记录仪器永磁感应速度测量系统将被测的运动体的速度转换成电信号将被对信号进行放大，并具有阻抗变换作用。7/17/20262）传感器对测量放大器的要求系统等效电路

永磁感应速度测量系统L——传感器的电感RL——传感器的内阻Rg——放大器输入阻抗e——感应电势L

RLeRgi由基尔霍夫定律：7/17/2026该模型是一阶线性系统的数学模型，测量电路的动态特性取决于时间常数τ，且有永磁感应速度测量系统结论：τ愈小，则测量电路的动态特性愈好；反之，τ愈大，则测量电路的动态特性越差。为改善测量电路的动态特性，要求电路中的L应当小些，R应当大些。对于一定的感应传感器，L和RL是一定的，要改善测量电路的动态特性，就需要测量仪器的输入电阻Rg大一些。7/17/2026积分标定法图解积分法数值积分法图解积分法：适用于输出信号为模拟信号的系统数值积分法：适用于输出信号为数字信号的系统采用积分标定法4、速度灵敏度求取方法7/17/20264、速度灵敏度求取方法图解积分法方法：要在速度曲线上找一段近似匀变速运动的段。7/17/2026数值积分法4、速度灵敏度求取方法7/17/202614.2.3转速测量举例7/17/2026线加速度是指物体质心沿其运动轨迹方向的加速度，是描述物体在空间运动本质的一个基本量。线加速度的单位是m/s2，而习惯上常以重力加速度g作为计量单位。对于加速度，常用惯性测量法，即把惯性型测量装置安装在运动体上进行测量。

14.3加速度测量7/17/2026牵连运动：和被测运动体一起运动惯性运动：质量体相对于运动体的运动1惯性式加速度计的工作原理7/17/2026由牛顿运动定律，有：经整理后得：坐标x表示传感器基座的位移坐标y表示质量块相对于传感器基座的位移7/17/2026该物理模型是一个典型的二阶线性测量系统，引入无阻尼固有圆频率ωn及无阻尼阻尼比ξ：

以待测物体的加速度a为激励，以质量块的相对位移y为响应，对上式取拉氏变换，有：1惯性式加速度计的工作原理7/17/2026频率响应函数为拉氏传递函数Ha（S）为：1惯性式加速度计的工作原理7/17/2026幅频特性为:相频特性为:1惯性式加速度计的工作原理7/17/2026结论：

惯性式加速度计必须工作在低于其固有频率的频域内。因此，惯性式加速度计有尽可能宽的工作频域，它的固有频率应尽可能高一些，也就是弹簧