传感器章磁电式PPT讲稿.ppt

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1、传感器章磁电式第1页，共48页，编辑于2022年，星期三磁电式传感器产品磁电式传感器产品lCS-CD-1型磁电式速度型磁电式速度传感器传感器lCD6型磁电式振动速型磁电式振动速度传感器度传感器lSM-16磁电转速传感磁电转速传感l电动式激振器电动式激振器第2页，共48页，编辑于2022年，星期三5.1基本原理与结构形式基本原理与结构形式 一、基本原理一、基本原理电磁感应定律电磁感应定律（1）线线圈圈静静止止，磁磁场场随随时时间间变变动动时时，线线圈圈内内的的感感应应电电势势e与与磁磁通通变变化化率率d/dt有如下关系有如下关系：（2）线圈在均恒磁场内）线圈在均恒磁场内运动时，线圈内由切割磁运动

2、时，线圈内由切割磁力线产生的感应电势为力线产生的感应电势为 二、结构形式二、结构形式恒磁通式恒磁通式变磁通式变磁通式第3页，共48页，编辑于2022年，星期三磁磁电电式式线速度型线速度型角速度型角速度型N动圈式动圈式动铁式动铁式变磁通式变磁通式（变磁阻式变磁阻式）恒磁通式恒磁通式恒磁通式和变磁通式两种结构型式。恒磁通式和变磁通式两种结构型式。第4页，共48页，编辑于2022年，星期三（一）恒磁通式（一）恒磁通式1、工作原理、工作原理l工作气隙中磁通恒定；工作气隙中磁通恒定；l永久磁铁与线圈间相对运动，导致线圈切永久磁铁与线圈间相对运动，导致线圈切割磁力线；割磁力线；l线圈中产生的感应电势线圈中

3、产生的感应电势e为为第5页，共48页，编辑于2022年，星期三2、恒磁通式结构分类：动圈式与动铁式、恒磁通式结构分类：动圈式与动铁式l永久磁铁与线圈间有相对运动；永久磁铁与线圈间有相对运动；l运动部件可以运动部件可以是是线圈（动圈式），线圈（动圈式），也可也可以是以是磁铁（动铁式）。磁铁（动铁式）。第6页，共48页，编辑于2022年，星期三l磁路系统组成磁路系统组成l恒磁通气隙磁场：恒磁通气隙磁场：固定的柱形固定的柱形永久磁铁永久磁铁和极掌、筒和极掌、筒形磁轭；形磁轭；l运动的测量线圈，运动的测量线圈，经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。经膜片弹簧悬挂于气隙磁场中。（a）动圈式）动圈式第7页，共48页

4、，编辑于2022年，星期三（b）动铁式）动铁式v测量时：测量时：（1）壳体随被测振动体一起振动，）壳体随被测振动体一起振动，（2）铁铁心心惯惯性性很很大大，来来不不及及随随振振动动体体一一起起振振动动，近乎静止近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，（3）永永久久磁磁铁铁与与线线圈圈之之间间的的相相对对运运动动速速度度v接接近近于于被测振动体振动速度被测振动体振动速度，从而产生感应电势，从而产生感应电势.v结构、及测量特点：结构、及测量特点：（1）弹弹簧簧较较软软，运运动动部部件件（铁铁心心）质质量量相相对对较较大大，传感器传感器固有频率低固有频率低。（2）工作

5、频率工作频率足够高，足够高，远大于远大于传感器传感器固有频率。固有频率。第8页，共48页，编辑于2022年，星期三5.2磁电式传感器（恒磁通）的动态特性磁电式传感器（恒磁通）的动态特性一、惯性式一、惯性式（绝对式）磁电传感器（绝对式）磁电传感器当被测振动频率当被测振动频率远高于远高于传感器传感器固有频率固有频率n时，时，质量块质量块（动铁或动圈）的绝对位移（动铁或动圈）的绝对位移xm0。与壳体与壳体相对位移相对位移xt壳体绝对位移壳体绝对位移x0这一范围为这一范围为传感器的工作频段传感器的工作频段，可看作是一个理想，可看作是一个理想的速度传感器。的速度传感器。例：例：固有频率固有频率15Hz左

6、右，左右，工作频率工作频率451500Hz频率下限频率下限受传感器受传感器n限制限制，第9页，共48页，编辑于2022年，星期三二、动圈与测杆相固连的直接式（相对式）磁电传二、动圈与测杆相固连的直接式（相对式）磁电传感器感器l工作频率上限工作频率上限取决于传感器的取决于传感器的弹簧弹簧刚度刚度k k值值。l传感器的频率下限可从零频开始。传感器的频率下限可从零频开始。l适于低频振动速度测量适于低频振动速度测量。此种传感器如此种传感器如取消顶杆，也取消顶杆，也可设计成惯性可设计成惯性式的。式的。第10页，共48页，编辑于2022年，星期三lCS-CD-1型磁电式速度型磁电式速度传感器传感器 l专门

7、用于苏专门用于苏-27-27、苏、苏-30-30飞飞机发动机机发动机l进行振动测量或飞行中进行振动测量或飞行中的动态监测的动态监测a)a)灵敏度：灵敏度：150mV/cm/s5%150mV/cm/s5%b)b)测速范围：测速范围：1 112cm/s12cm/s；c)c)工作温度：工作温度：-20-20200200；d)d)频响频响 ：30Hz30Hz500Hz500Hz；e)e)幅值线性度偏差：幅值线性度偏差：5%5%。5.4磁电感应式传感器的应用磁电感应式传感器的应用磁电速度传感器产品磁电速度传感器产品1动铁式动铁式第11页，共48页，编辑于2022年，星期三lCD6型磁电式振动速度传感型磁

8、电式振动速度传感器器l安装在各种旋转机械装置安装在各种旋转机械装置的轴承盖上的轴承盖上磁电式速度传感器磁电式速度传感器2动圈式动圈式灵灵敏敏度度：50mv/mms-1频率响应（可选）：频率响应（可选）：a.5-100Hzb.b.10-500Hz可测振幅：可测振幅：2000m(p-p)最大加速度：最大加速度：10g10g测量方向：垂直或水平测量方向：垂直或水平外形：外形：353578mm78mm，重重 量：约量：约350g350g 第12页，共48页，编辑于2022年，星期三（二）变磁通式（二）变磁通式非接触式测量非接触式测量l原理：原理：l由磁路磁阻变化，引起磁通变化而在由磁路磁阻变化，引起磁

9、通变化而在线圈中产生感应电势，线圈中产生感应电势，又称为变磁阻式结构又称为变磁阻式结构第13页，共48页，编辑于2022年，星期三闭磁路变磁通式闭磁路变磁通式测量旋转物体的角速度测量旋转物体的角速度 l永久磁铁永久磁铁1与线圈与线圈4固定；固定；l铁心铁心3的转动使的转动使气隙气隙5变化，变化，引起磁路磁阻变化；引起磁路磁阻变化；l从而引起从而引起磁通变化磁通变化，在线，在线圈中圈中产生感应电势产生感应电势 为铁心角速度，为铁心角速度，A为线圈面积，磁路中磁通密度之差为线圈面积，磁路中磁通密度之差BBmaxBmin，感应电势为：，感应电势为：感应电势的幅值和频率均可反映铁心转速感应电势的幅值和

10、频率均可反映铁心转速第14页，共48页，编辑于2022年，星期三开磁开磁路变路变磁通磁通式式磁铁磁铁1、铁心、铁心2、线圈、线圈3静止不动；静止不动；测量齿轮测量齿轮4随被测体一起转动。随被测体一起转动。每转过一个齿，每转过一个齿，齿的凹凸引起气隙变化一次，使齿的凹凸引起气隙变化一次，使磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次；磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次；第15页，共48页，编辑于2022年，星期三l线圈中产生的感应电势，其变化线圈中产生的感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。齿数的乘积。第16页，共48页，编辑于2022年，星期三磁电式传感器的

11、磁电式传感器的安装安装第17页，共48页，编辑于2022年，星期三l构成：与永久磁铁构成：与永久磁铁1和感应线圈和感应线圈3固定的固定的内齿轮内齿轮6、被测转轴、被测转轴上的外齿轮上的外齿轮5；l内外齿轮齿数相同。内外齿轮齿数相同。内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。生周期性变化的感应电动势。感应电势的频率与被测转速成正比。感应电势的频率与被测转速成正比。闭磁路变磁通式传感器闭磁路变磁通式传感器第18页，共48页，编辑于2022年，星期三磁电

12、式传感器产品（二）磁电式传感器产品（二）变磁通式变磁通式第19页，共48页，编辑于2022年，星期三TQG2(B)型型磁电式转速传感器磁电式转速传感器l使用环境条件使用环境条件l工作温度（工作温度（）-4080l空气相对湿度（空气相对湿度（）90（25）l主要性能参数主要性能参数l电源电压（电源电压（VDC）（）（V）：）：TQG2型型-无源无源；TQG2B型型-自带整形放大电路，其供电为自带整形放大电路，其供电为15Vl被测齿盘：被测齿盘：电机齿轮电机齿轮l输出脉冲幅值（输出脉冲幅值（VDC）（）（V）：）：150l通道数：通道数：1l转速测量范围（转速测量范围（r/min）：）：18200

13、0l每转脉冲数：每转脉冲数：等于被测齿轮齿数等于被测齿轮齿数l输出波形：输出波形：TQG2型型-正弦；正弦；TQG2B型型-方波方波l绝缘介电强度（绝缘介电强度（V）：）：150050Hz60sl绝缘电阻（绝缘电阻（M）：）：200（25）用用500V兆欧表检兆欧表检l冲击试验条件：冲击试验条件：30g第20页，共48页，编辑于2022年，星期三l能将转角位移转换成电能将转角位移转换成电信号供计数器计数，信号供计数器计数，l非接触测量各种导非接触测量各种导磁材料如：如齿轮、磁材料如：如齿轮、叶轮、带孔（或槽、叶轮、带孔（或槽、螺钉）圆盘的转速螺钉）圆盘的转速及线速度。及线速度。l不需电源和润滑

14、油，不需电源和润滑油，与一般二次仪表均可与一般二次仪表均可配用。配用。技术参数：技术参数：1、输出波形：输出波形：50r/min时近似正弦波时近似正弦波2、输出信号幅值：输出信号幅值：50r/min时时300mV3、测量范围：、测量范围：505000Hz4、输出形式：、输出形式：X12K4P四芯插头四芯插头1、SM-16磁电转速传感器磁电转速传感器第21页，共48页，编辑于2022年，星期三磁电式传感器应用磁电式传感器应用l传感器应用系统设计传感器应用系统设计一、目标分析一、目标分析二、相关行业知识二、相关行业知识三、选择测量参数三、选择测量参数四、传感器选择四、传感器选择五、系统构成特点五、

15、系统构成特点第22页，共48页，编辑于2022年，星期三2 2、转矩传感器、转矩传感器-磁电式扭矩传感器磁电式扭矩传感器第23页，共48页，编辑于2022年，星期三JZ型转矩传感器型转矩传感器-磁电式扭矩传感磁电式扭矩传感器器 工作原理图工作原理图扭矩扭矩M与两横截与两横截面的相对扭转角面的相对扭转角 成正比成正比第24页，共48页，编辑于2022年，星期三机械结构示意图机械结构示意图1 1l信号发生器由安装在弹性轴上的外齿轮、安装在套筒内的内信号发生器由安装在弹性轴上的外齿轮、安装在套筒内的内齿轮、固定在机座内的导磁环、磁钢、线圈及导磁支架组成齿轮、固定在机座内的导磁环、磁钢、线圈及导磁支架

16、组成封闭的磁路。封闭的磁路。第25页，共48页，编辑于2022年，星期三第26页，共48页，编辑于2022年，星期三套筒的作用套筒的作用l当转速较低或者不转时使内齿轮反向转动，当转速较低或者不转时使内齿轮反向转动，l提提高高内内外外齿齿之之间间的的相相对对转转速速，以以增增加加输输出出信信号号的的幅幅度度，保保证证转转矩测量精度。矩测量精度。机械结构机械结构示意图示意图2第27页，共48页，编辑于2022年，星期三3 3、在、在ABSABS系统中的应用系统中的应用lABSABS制动防抱死系统，英文全称是制动防抱死系统，英文全称是Anti-lock Braking SystemAnti-lock

17、 Braking System l如果因为汽车的紧急制动（尤其是高速行如果因为汽车的紧急制动（尤其是高速行驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险驶时）而使车轮完全抱死，那是非常危险的。的。l若若前轮抱死前轮抱死，将使汽车，将使汽车失去转向能力失去转向能力；l若若后轮抱死后轮抱死，将会，将会出现甩尾或调头出现甩尾或调头（跑偏、（跑偏、侧滑）侧滑）尤其在路面湿滑的情况下，对行车尤其在路面湿滑的情况下，对行车安全造成极大的危害。安全造成极大的危害。第28页，共48页，编辑于2022年，星期三ABSABS作用原理作用原理l制动器产生的制动力增大到一定值制动器产生的制动力增大到一定值时，汽车轮胎将在地面上

18、出现滑移。时，汽车轮胎将在地面上出现滑移。l其滑移率其滑移率=(Vt-Va)/Vt100%=(Vt-Va)/Vt100%l为了取得最佳的制动效果，应控制为了取得最佳的制动效果，应控制其滑移率在其滑移率在 15%15%20%20%范围内。范围内。lABS ABS 的功能即在车轮将要抱死时，的功能即在车轮将要抱死时，降低制动力，而当车轮不会抱死时降低制动力，而当车轮不会抱死时又增加制动力，如此反复动作，使又增加制动力，如此反复动作，使制动效果最佳。制动效果最佳。第29页，共48页，编辑于2022年，星期三ABS ABS 的两种控制方式的两种控制方式1.双参数控制双参数控制系统组成：系统组成：由车速

19、传感器由车速传感器(测速雷达测速雷达)、轮速传、轮速传感器、控制装置感器、控制装置(电脑电脑)和执行机构组成。和执行机构组成。工作原理：工作原理：测量车速测量车速VtVt和轮速和轮速VaVa信号，信号，计算出实际滑移率计算出实际滑移率(Vt-Va)/vt100%(Vt-Va)/vt100%，与理想滑移率与理想滑移率 15%15%20%20%作比较，作比较，通过电磁阀增减制动器的制动力。通过电磁阀增减制动器的制动力。第30页，共48页，编辑于2022年，星期三2 2 单参数控制单参数控制l以车轮的角减以车轮的角减速度为控制对象，速度为控制对象，调节车轮的制动力，调节车轮的制动力，实现防抱死制动，

20、实现防抱死制动，l主要由轮速传感器、主要由轮速传感器、控制器控制器(电脑电脑)及及电磁阀组成。电磁阀组成。轮速传感器装在变速器外壳，由变速器输出轴驱动，它所产轮速传感器装在变速器外壳，由变速器输出轴驱动，它所产生的频率信号与轮速成正比。生的频率信号与轮速成正比。第31页，共48页，编辑于2022年，星期三第32页，共48页，编辑于2022年，星期三第33页，共48页，编辑于2022年，星期三传传感器与低碳感器与低碳钢钢材材质质制制成的模数成的模数m=m=1.5mm1.5mm的的渐渐开开线齿轮线齿轮相匹配相匹配l齿圈装在轮毂上，齿圈装在轮毂上，传感器与车桥壳联传感器与车桥壳联在一起在一起，l工作

21、工作间间隙隙为为0.50.52mm2mm传感器传感器可可输输出出0.050.051.5kHz1.5kHz的正弦交的正弦交流流电压电压，齿轮转动齿轮转动时时，齿圈上的齿和齿槽交替通过齿圈上的齿和齿槽交替通过传感器，从而使磁路的磁阻变化。传感器，从而使磁路的磁阻变化。用于用于ABSABS的磁电式传感器的磁电式传感器第34页，共48页，编辑于2022年，星期三输输入入输输出特性出特性：V=VV=V0 0+K*Z*(n+K*Z*(nn n0 0)6000060000lV V 输输出出电压电压(V)(V)；lV V。输输出出电压阈值电压阈值(V)(V)，V V0 0 0 0125V 125V：lK Kz

22、 z 灵敏度灵敏度(mv(mvHz)Hz)，K0K05 mv5 mvHzHz；lZ Z齿轮齿齿轮齿数；数；ln n齿轮转齿轮转数数(r(rmin)min)；ln n0 0 转转数数阈值阈值(r(rmin)min)。传感器阈值传感器阈值0005kHz05kHz，迟滞迟滞0.05%f0.05%f第35页，共48页，编辑于2022年，星期三正确使用l传传感器感器l线线圈内径圈内径对传对传感器的分辨感器的分辨率起决定作用率起决定作用l与弹簧衬套配合部分的外与弹簧衬套配合部分的外径为径为 1616，长度为，长度为4040，与之相配的齿轮模数与之相配的齿轮模数m m 1.5mm 1.5mm，齿长齿长取取1

23、616mmmm为为宜宜齿齿圈圈(脉冲脉冲环环)由由导导磁能力良好的材料制成，多磁能力良好的材料制成，多为为低碳低碳钢钢，或或导导磁能力好的粉末冶金制造，磁能力好的粉末冶金制造，齿齿圈的圈的齿齿数宜数宜为为9090ll5ll5。第36页，共48页，编辑于2022年，星期三检查检查l传传感器安装好后，感器安装好后，应应首先用万用首先用万用表表检查检查其其线线圈阻圈阻值值，其阻，其阻值值一般一般为为1000100020002000，超出此范，超出此范围围，表，表明明线线圈及圈及传传感器感器电缆电缆有有断路断路或或短短路路现现象，象，应应更更换传换传感器。感器。l用手转动齿圈，用万用表检查传用手转动齿

24、圈，用万用表检查传感器的感器的输出电压输出电压，传感器应能输，传感器应能输出出0.1kHz0.1kHz、0.15V0.15V的交流电压。的交流电压。第37页，共48页，编辑于2022年，星期三ABSABS控制过程：控制过程：l以车轮角加、减速度为控制参数以车轮角加、减速度为控制参数，分别给出，分别给出车轮角减速度门限值车轮角减速度门限值A A（-127127、-111111、-95 rad/s95 rad/s2 2）、角加速度门限值）、角加速度门限值B(2B(2、1 1、1 1 rad/srad/s2 2)。l开始刹车时为开始刹车时为匀速行驶匀速行驶 0 0，进行制动减，进行制动减速速 ，00

25、l当当 0 0开始加速，开始加速，l当当 BB时，再次给出控制信号进行制动时，再次给出控制信号进行制动 ，直到，直到 A A，重复上述过程，重复上述过程第38页，共48页，编辑于2022年，星期三传统制动系统与传统制动系统与ABS制动系统制动的比较：制动系统制动的比较：1在干燥路面上，两者的制动距离基本相在干燥路面上，两者的制动距离基本相同同2在碎石、潮湿或雪地等路况下紧急制动，在碎石、潮湿或雪地等路况下紧急制动，ABS制动系统的制动距离可能长于传统制制动系统的制动距离可能长于传统制动系统。动系统。l启动启动ABS系统时，由于持续不断地对制动系统时，由于持续不断地对制动系统施加或泄压制动力，驾

26、驶者可能会感系统施加或泄压制动力，驾驶者可能会感觉到踏板的脉动。觉到踏板的脉动。第39页，共48页，编辑于2022年，星期三4、汽车安全气囊磁电式传感器、汽车安全气囊磁电式传感器l此传感器可安装在汽车任何位置，此传感器可安装在汽车任何位置，l通过调整某些参数，识别峰值为通过调整某些参数，识别峰值为0588ms2和时间脉宽为和时间脉宽为020ms的碰击加的碰击加速度信号，速度信号，l在加速度峰值和时间脉宽同时满足要求在加速度峰值和时间脉宽同时满足要求的条件下，为气囊输出一触发信号，打的条件下，为气囊输出一触发信号，打开空气发生器，使气囊充气对人进行保开空气发生器，使气囊充气对人进行保护护第40页

27、，共48页，编辑于2022年，星期三l调整弹簧刚调整弹簧刚度时，可改度时，可改变加速度信变加速度信号的宽度号的宽度第41页，共48页，编辑于2022年，星期三第42页，共48页，编辑于2022年，星期三5.4.2磁电式激振器磁电式激振器第43页，共48页，编辑于2022年，星期三电动式激振器电动式激振器l高能激振器：高能激振器：l1000N、500N、200Nl50N、20N第44页，共48页，编辑于2022年，星期三电磁式激振器l 第45页，共48页，编辑于2022年，星期三电磁式高频振动实验台电磁式高频振动实验台第46页，共48页，编辑于2022年，星期三l接触式激振器，信号发生器接触式激振器，信号发生器l接触式激振器接触式激振器20kg,功率放大器功率放大器激振器应用激振器应用振动教学实验台振动教学实验台非接触式非接触式激振器激振器第47页，共48页，编辑于2022年，星期三lend第48页，共48页，编辑于2022年，星期三