第6章磁电传感器精选文档.ppt

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1、第6章 磁电传感器本讲稿第一页，共十九页特点：特点：特点：特点：1不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，即是一种有源传感器，故换成易于测量的电信号，即是一种有源传感器，故有时也称作电动式或感应式传感器。有时也称作电动式或感应式传感器。2有双向转换特性，故利用其逆转换效应可构成力有双向转换特性，故利用其逆转换效应可构成力（矩）发生器和电磁激振器等，故应用较普遍。（矩）发生器和电磁激振器等，故应用较普遍。3有较大的输出功率，故配用电路较简单。有较大的输出功率，故配用电路较简单。4零位及性能稳定。零位及性能稳定。5工作频带一般为工作频带

2、一般为101000Hz。本讲稿第二页，共十九页根据这一原理式根据这一原理式根据这一原理式根据这一原理式，我们可以设计成变磁通式和恒磁通式，我们可以设计成变磁通式和恒磁通式两种结构型式，来构成测量线速度或角速度的磁电式传两种结构型式，来构成测量线速度或角速度的磁电式传感器。感器。电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律：1、当、当N匝线圈在均恒磁场内运动匝线圈在均恒磁场内运动时，若设穿过线圈的磁通为时，若设穿过线圈的磁通为，则线圈内的感应电，则线圈内的感应电动势动势e与磁通变化率与磁通变化率 有如下关系：有如下关系：当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电当线圈与磁铁间有相对运动时

3、，线圈中产生的感应电势势e为为 第一节第一节 磁电式传感器原理磁电式传感器原理本讲稿第三页，共十九页-+本讲稿第四页，共十九页变磁通式结构变磁通式结构(a)旋转型（变磁阻）；旋转型（变磁阻）；(b)平移型（变气隙）平移型（变气隙）1 1、变磁通式结构（又称变磁阻式结构）、变磁通式结构（又称变磁阻式结构）、变磁通式结构（又称变磁阻式结构）、变磁通式结构（又称变磁阻式结构）（1 1）测旋转角速度（旋转型）测旋转角速度（旋转型）测旋转角速度（旋转型）测旋转角速度（旋转型）1为永久磁铁为永久磁铁(俗称磁钢俗称磁钢)；2为磁轭；为磁轭；3为动铁心为动铁心(衔铁衔铁)；4为线为线圈；圈；5为气隙为气隙第二

4、节第二节 磁电传感器结构和应用磁电传感器结构和应用本讲稿第五页，共十九页动铁心恒定角速度动铁心恒定角速度，线圈截面积，线圈截面积A，磁路磁通密度之差为，磁路磁通密度之差为由式可知采用测频由式可知采用测频或测幅的方法可测速度。或测幅的方法可测速度。(下图下图)则则 开磁路变磁阻式转速传感器开磁路变磁阻式转速传感器闭磁路变磁阻式转速传感器闭磁路变磁阻式转速传感器本讲稿第六页，共十九页（2 2）平移型（测振动速度）平移型（测振动速度）平移型（测振动速度）平移型（测振动速度）与变气隙式电感传感器相似。通过适当的设计可使与变气隙式电感传感器相似。通过适当的设计可使e与振动速与振动速度成线性关系。度成线性

5、关系。转速转速-脉冲变换电路脉冲变换电路转转转转速速速速-脉脉脉脉冲冲冲冲变变变变换换换换过过过过程程程程：感感应应电电势势由由VD1管管削削去去负负半半周周，送送至至VT1进进行行放放大大，再再经经VT2组组成成的的射射极极跟跟随随器器，送送入入由由VT3和和VT4组组成成的的射射极极耦耦合合触触发发器器进进行行整整形形后，得到方波输出信号。后，得到方波输出信号。本讲稿第七页，共十九页变磁通式磁电传感器变磁通式磁电传感器-转速传感器转速传感器转速（转速（r/min）齿数齿数线圈线圈永久永久磁铁磁铁N S感感应应脉脉冲冲计计数数器器本讲稿第八页，共十九页2 2、恒磁通式结构：、恒磁通式结构：、

6、恒磁通式结构：、恒磁通式结构：此结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由永久此结构中，工作气隙中的磁通恒定，感应电势是由永久磁铁与线圈之间有相对运动即线圈切割磁力线而产生，其磁铁与线圈之间有相对运动即线圈切割磁力线而产生，其由两个主要部分组成：永久磁铁和线圈，因此其结构有两由两个主要部分组成：永久磁铁和线圈，因此其结构有两种：种：A、动圈式；、动圈式；B、动铁式。、动铁式。恒磁通式结构恒磁通式结构(a)动圈式；动圈式；(b)动铁式动铁式 本讲稿第九页，共十九页当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电当线圈与磁铁间有相对运动时，线圈中产生的感应电势势e为为 式中式中B气隙磁通密度气隙磁通

7、密度 v线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度线圈与磁铁沿轴线方向的相对运动速度。l气隙磁场中有效匝数为气隙磁场中有效匝数为W的线圈总长度：的线圈总长度：（为每匝线圈长）（为每匝线圈长）传传感感器器结结构构确确定定后后，式式中中B、W都都为为常常数数，则则感感应应电电势势e仅仅与与相相对对速速度度v有有关关，那那么么传传感感器器的的灵敏度为灵敏度为 本讲稿第十页，共十九页提高灵敏度方法：提高灵敏度方法：提高灵敏度方法：提高灵敏度方法：A选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，选用具有磁能积较大的永久磁铁和尽量小的气隙长度，以提高气隙磁通密度以提高气隙磁通密度B；B增加增加l，即增加和，即增

8、加和W，但其受到体积和重量、内，但其受到体积和重量、内电阻及工作频率等因素的限制。电阻及工作频率等因素的限制。C.保证输出的线性度，则要保证线圈始终在均匀磁保证输出的线性度，则要保证线圈始终在均匀磁场内运动。场内运动。本讲稿第十一页，共十九页恒磁通式磁电传感器恒磁通式磁电传感器-动圈式动圈式输出线输出线弹簧片弹簧片线圈线圈芯轴芯轴磁钢磁钢阻尼环阻尼环壳体壳体SNNS注意兰色可移动部分！注意兰色可移动部分！输出：输出：感应电动势感应电动势-正比于机械振动。正比于机械振动。本讲稿第十二页，共十九页磁电式传感器的应用磁电式传感器的应用Applications 一、测振传感器一、测振传感器一、测振传感

9、器一、测振传感器磁电式传感器主要用于振动测量。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。如航空发动机、振动测量及机载振动监视系统中获得了广泛的应用。如航空发动机、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种大型电机、空气压缩机、机床、车辆、轨枕振动台、化工设备、各种水、气管道、桥梁、高层建筑等，其振动监测与研究都可使用磁各种水、气管道、桥梁、高层建筑等，其振动监测与研究都

10、可使用磁电式传感器。常用的测振传感器有电式传感器。常用的测振传感器有：1 1动铁式振动传感器动铁式振动传感器动铁式振动传感器动铁式振动传感器：惯性活动磁钢。惯性活动磁钢。2 2动圈式振动传感器动圈式振动传感器动圈式振动传感器动圈式振动传感器：芯轴与线圈构成质量系统。芯轴与线圈构成质量系统。本讲稿第十三页，共十九页1 1动铁式振动速度传感器动铁式振动速度传感器动铁式振动速度传感器动铁式振动速度传感器：动铁式磁电式振动传感器动铁式磁电式振动传感器结构：结构：将线圈组件将线圈组件(线圈及其骨架线圈及其骨架)与与传感器壳体固定，永久磁铁传感器壳体固定，永久磁铁(磁钢磁钢)用软弹簧支承。用软弹簧支承。线

11、圈组件线圈组件线圈组件线圈组件包括一个线圈骨架和包括一个线圈骨架和两个反接的螺管线圈。两个反接的螺管线圈。线圈骨架与磁钢套筒都起着电线圈骨架与磁钢套筒都起着电磁阻尼器的作用。磁阻尼器的作用。壳体壳体壳体壳体用磁性材料铬钢制成，其既用磁性材料铬钢制成，其既是磁路的一部分，又起磁屏蔽作是磁路的一部分，又起磁屏蔽作用。用。本讲稿第十四页，共十九页2 2动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器动圈式振动速度传感器：动圈式磁电式振动传感器动圈式磁电式振动传感器结构：结构：将传感器的磁钢与传感器壳体将传感器的磁钢与传感器壳体(软磁材料软磁材料)固定，芯轴的一端固固定，芯轴的一端固定着一

12、个线圈，另一端固定一个定着一个线圈，另一端固定一个圆筒形铜杯圆筒形铜杯(阻尼杯阻尼杯)。惯性元件惯性元件惯性元件惯性元件包括线圈组件、阻尼杯包括线圈组件、阻尼杯和芯轴，而不是磁钢。和芯轴，而不是磁钢。本讲稿第十五页，共十九页二、扭矩测量二、扭矩测量二、扭矩测量二、扭矩测量磁电式扭矩传感器磁电式扭矩传感器磁电式扭矩传感器属于变磁通式，由转子和定子组成。测扭矩时，需磁电式扭矩传感器属于变磁通式，由转子和定子组成。测扭矩时，需用两个传感器。用两个传感器。本讲稿第十六页，共十九页三、流量测量三、流量测量三、流量测量三、流量测量磁电式涡轮流量传感器结构磁电式涡轮流量传感器结构磁磁电电式式涡涡轮轮流流量量

13、计计(速速度度式式流流量量计计)，主主要要由由壳壳体体、导导流流器器、涡涡轮轮、轴轴与与轴轴承承、磁磁电电式式信信号号检检出出器器和和前前置置放大器组成。放大器组成。壳体壳体壳体壳体用非磁性材料制成。用非磁性材料制成。导导导导流流流流器器器器起起支支承承涡涡轮轮和和整整流流、稳稳流流的的作用。作用。涡涡涡涡轮轮轮轮由由导导磁磁系系数数较较高高的的材材料料制制成成，其其将将流流体体的的动动能能转转换换成成涡涡轮轮的的旋旋转能。转能。磁磁磁磁电电电电式式式式信信信信号号号号检检检检测测测测器器器器实实际际上上是是一一个个转转速传感器。速传感器。本讲稿第十七页，共十九页四、磁电式力发生器与激振器四、

14、磁电式力发生器与激振器四、磁电式力发生器与激振器四、磁电式力发生器与激振器：磁磁电电式式传传感感器器具具用用双双双双向向向向转转转转换换换换特特特特性性性性，其其逆逆向向功功能能同同样样可可以以利利用用。如果给速度传感器的线圈输入电量，那么其输出量即为机械量。如果给速度传感器的线圈输入电量，那么其输出量即为机械量。在在惯惯性性仪仪器器陀陀陀陀螺螺螺螺仪仪仪仪与与与与加加加加速速速速度度度度计计计计中中广广泛泛应应用用的的动动圈圈式式或或动动铁铁式式直直流流力力矩矩器器就就是是上上述述速速度度传传感感器器的的逆逆向向应应用用。它它在在机机械械结结构构的的动动态态实实验验中中是是非非常常重重要要的的设设备备，用用以以获获取取机机械械结结构构的的动动态态参参数数，如共振频率、刚度、阻尼、振动部件的振型等。如共振频率、刚度、阻尼、振动部件的振型等。本讲稿第十八页，共十九页习题习题4vn=60fz=60 x100060=1000r/min本讲稿第十九页，共十九页