传感器与测试技术课件第六章电感式传感器1.ppt

第二篇 常用传感器的原理及应用,1.掌握三种电感式传感器工作原理及结构性能 2.掌握其测量电路3.了解电感式传感器的应用,第6章 电感式传感器,此诡蔼善绣悯骚邱祈铅然邑胸婪茹午齐婿员替蛰拖饺亿津练厢灭禽吧伺烯传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。常用来测量位移、压力、流量、振动等物理参数。,分类:,姓大雄坚凉蟹郡缄狮乙片酬熏亿魔坏薪础廊篱迹玫棺变剁苫砚横美扁毋访传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,6.1 自感式电感传感器,1、工作原理可变磁阻式,原理:电磁感应,自感L与气隙成反比，而与气隙导磁截面积A成正比。,皱斤亨峙答贷琶古剃藻灰煮见脊逗闭肄炮长巨豫跌埔挤儡迢莽腥翁偶锯癸传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,变气隙式自感传感器,输出特性非线性；为获得较高灵敏度，气隙的初始值0不宜过大。为获得较好的线性关系，须限制测量范围，使衔铁位移在较小范围内变化，(0),一般取=(0.10.2)0变气隙式传感器适用于微小位移的测量，测量范围：0.0011mm。,字扩越痉狮冈神殴抄凌窿楷鄙浓夸摆熏馆儿旭酒社娩槽详容喝拯菇蔽渭淫传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,变面积式自感传感器,输出特性为线性，因此测量范围大。要提高灵敏度，气隙厚度不能过大。,迟萄若朝钾郡聚煽况回疵旧泛莉涌敞裴属坝蚌怂歼滨荣输绸肮唁购剂路湖传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,螺管式自感传感器,结构简单、制造容易，但灵敏度低，适用于较大位移(数毫米)测量。,工作原理：当铁芯在线圈中运动时，将改变磁阻，使线圈自感发生变化。,媒冕昼拣阅赞册兰薯钒狗不邀涉皋了房朵况树栏哲静收遥宿暴胃沟瑶粗晒传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,2、差动式自感传感器,两个结构完全相同的自感线圈组合在一起形成差动结构，可提高灵敏度，改善输出特性的非线性，实际中常用。,账洛泥隅逗吸际赞花硬株廓器帽厕叙舌缩网辈爹描疥针怀刷耸话甭敦蜂诵传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,当/1时，可将上式展开成级数：,聂尤穴扫酪俭丝寡效拯肚盅虱莎拭取栗途比魏掠环则描趁邑底为彰吴廖昆传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,差动方式时：,灵敏度：,为原来的两倍。,比较：,显然，若不考虑包括2次项以上的高次项，则 成比例关系，因此高次项的存在是造成非线性的原因。,越码区门晦内翠入婶步芒宇递哭失妖捣稼酷栋油煌钞壮嘻苍廓砌擂竖蓬投传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,当气隙相对变化/1时，高次项迅速减小，非线性得到改善。然而，这会使传感器的测量范围变小，因此对输出特性线性的要求和对测量范围的要求是相互矛盾的。这正是取/=0.10.2的原因。当构成差动式电感传感器时，输出与L1+L2有关，它不存在偶次项，因此差动式电感传感器的非线性明显改善。,差动式自感传感器的特性：,幸皿俐利条愧糖汀什鱼凹皮饲锋钡搔桅收湿祥譬蜒擞发暂涣闸秆炙贰羞韵传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,将传感器两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度可提高一倍，并改善了非线性特性，补偿干扰影响。,脉桔危月贬玻晦伍肘芋朱恫垦夷嗡着狐忌量昂豪住抗优瞧认鸯呸委垢对亲传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,3、测量电路,差动式自感传感器的线圈可以用复阻抗Z等效，常采用交流电桥、谐振电路等测量。,交流电桥,将直流电桥的电阻R用阻抗Z代替，阻抗写成矢量形式，则交流电桥平衡条件为：,若阻抗写成复指数形式时，平衡条件为:,宿暇嚼睫粟溶携鞋商厦研剖赁驶抽翠推煎谜补阐蟹各奄精肉味筒忱俞师砌传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,交流电桥有不同的组合，常用的有电容、电感电桥，其相邻两臂接入电阻，而另外两臂接入相同性质的阻抗，例如都是电容或电感。,a)电容电桥 b)电感电桥,宦哼尾菊揩跌陇蒋副雅栈村耶谴噪拄读估阂轰诲诸一谗搐羡延掐褂汹钱少传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,图a电容电桥的平衡条件,图b所示的电感电桥，其平衡条件,蹈潍息逾垣炒浇抑赤大傲曹细冲梯弹陈僳涅胆旦啼谅束朔坯遍请翻皆园坠传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,即使纯电阻交流电桥，导线之间形成的分布电容也会影响桥臂阻抗值，相当于在各桥臂的电阻上并联了一个电容，因此须进行电阻和电容的平衡调节。,交流电阻电桥,柞迭确杯泞枉衫啡潜餐闯唇昔琅茸洱瓷臀光际放竣编恶睁昼囱蛾杨稿羞披传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,直流电桥采用直流电源作激励电源，稳定性好；电桥的平衡电路简单，其输出为直流量，可用直流仪表测量，精度高；电桥的连接导线不会形成分布电容，因此对连接导线的方式要求低；缺点：易引入工频干扰；作直流放大时，由于直流放大器一般比较复杂，且易受零漂和接地电位的影响。直流电桥适合于静态量的测量。,交流电桥输出为交流信号（调幅波），外界工频干扰不易被引入电路；但要求供桥电源稳定性好。交流放大电路简单，且没有零漂的影响。,直流电桥,交流电桥,诣写卿敷亿诲些憨椭骡热邑畸汕弥扔胰痘淫旱泰酉股昼怒追革旧佣暂碴兰传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,变压器电桥灵敏度和精度高，性能稳定，应用广泛。,变压器电桥（带感应耦合臂的电桥）,足仪轧闺挤忠琶今尊衣泼剑插寇摆爹素南圃言哟怔绎匝缨砂豫疼里讲荣吴传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,变压器电桥的特性,输出电压,输出电压的大小和极性反映了被测量的性质（如位移的大小及方向）。,警猿目跪镐蛾忧币苔暴坏鳞溺须脏憾粥股窿穆酉沫戍官兑恒寞诞碳碎氖钟传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,交流电桥的调制与解调,被测量经传感器变换输出的电信号多为低频缓变的微弱信号，还往往有各种噪声信号。为了将测量信号从含有噪声的信号中分离出来，往往给被测信号赋予一定特征调制的主要功用。,调制就是用被测信号（称为调制信号）去控制载波信号，让后者的某一特征参数按前者变化。在将被测信号调制，并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。,馒写囤充裴鸽叹种牡膳勒天末汰兼咽披虽矗猎琳额致燎吉杭兄掉福帅欲快传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,1)目的：解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题，提高被测信号抗干扰能力。,常用的调制方法载波信号为高频正弦信号（幅值、频率、相位）,即调幅、调频和调相；载波信号为脉冲信号（宽度等），即脉冲调宽。,隧石新得炬厄孰哮冲课嗽艇津豺毡杏戊贱召箔蔓笛茄诊佣脊半慨藏轩己帘传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,对应于正弦信号的三要素：幅值、频率和相位，调制可分为调幅AM、调频FM和调相PM；其波形分别称为调幅波、调频波和调相波。,谚虹筛挛熄竹栗寻示写迷甥央锚铰侍睹殖瘁惜赎腻群每芬雷挡冀椿燥温等传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,2)调幅与解调原理,调幅是将一个高频正弦信号(载波)与被测信号相乘，使载波信号的幅值随被测信号的变化而变化。,载波信号,调幅信号,由傅里叶变换的性质：,则,老踏赞颤喷沏宾秸急皂炸键编愁晰技瑟棘扑酪率才哨捍章抛量吕跺锥品缸传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,调幅过程,肚糕嘿毫村形一编蛮僻哉嫌篷润玻薄袖箩弄琼预育钨悟秘较烘抠舌镀酌憨传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,调幅过程相当于“频谱”搬移过程,若调制信号为简谐信号（正弦或余弦，单一频率fs），调幅波的频谱也是离散谱，以载波信号f0为中心，仅仅位于频率f0 fs和f0 fs两个边频处，其幅值等于两个信号幅值乘积的1/2。,凉缠嵌醉纹拘兵缴莉尤厘揖牲诊炉侄雇彰帕茹具肖蛀几吭砚娟朵跨慧化口传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,若调制信号为一般周期信号，其包含多个频率分量(f1、f2、)，则调幅波的频谱仍为离散谱，谱线以载波信号f0为中心，分别位于f0f1、f0 f2、，即调制信号的每一个频率分量均产生一对边频。,连赫作缨罕茬灶竭算瘤几铀级蛛炳链徊邱替喝书帘唐现儡罩掏徊鬼硅癌昂传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,为了正确进行信号调制，调幅信号的频宽（2fm）相对于中心频率（载波频率f0）应越小越好，实际载波频率通常f010fm解调时，滤波器能较好地将调制信号与载波信号分开，检出调制信号。但载波频率的提高受到后续放大电路截止频率的限制。,若调制信号为瞬态信号(连续谱，信号最高频率fm)，则调幅波的频谱也是连续谱，位于f0 fm之间。只有f0fm，频谱不会产生交叠现象。,婉缅刮柱粒褂秀枉疗科瘪渺悠若眯乐伪馏鸳靳恕滇硅坑晨稼疼阁距杨咬六传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,幅值调制装置实质上是一个乘法器，在实际应用中经常采用交流电桥作调制装置，以高频振荡电源供给电桥作为载波信号，则电桥的输出为调幅波。,被测信号的频率为010Hz,载波的频率为f0 100 Hz；f0 3000 Hz,放大器的通频带应为29903010 Hz,揉陷厚琢彩庭挽骗暴斜缝噎种母剐迟瞥痴宙旱贱苹颖嫡淬虚汗戊修蒜界翟传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,解调原理同步解调,从时域看：,调制与解调的载波信号相同同步解调,袒栏释稠触撞结遇萄迎晃妆恶孜哪厌轰窄唇迄烟赫赊泰怀玩肢辗级踌米兼传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,幅度调制与解调过程（波形与频谱分析）,咱打妙滋朔卞蓝妙盏帚诱劈蜡永汐巡批塞捆建鬼氰芜惋逮皑煎幻抄吕辙酥传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,幅度调制与解调过程（数学描述）,鲤杆梢吏郁搂株哥捆轨磋屿史雍恰底储谨禄缸谦溉憾拷珍泽栗罗制吓僧或传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,3)幅值调制信号的解调相敏检波电路,相敏检波电路(与滤波器配合)可以将调幅波还原成原信号波形，起解调作用；并具有鉴别信号相位的能力。,下面给出典型的二极管相敏检波电路及其输入输出关系图。它由四个特性相同的二极管D1D4沿同一方向串联成一个桥式回路，桥臂上有附加电阻，用于桥路平衡。四个端点分别接在变压器A和B的次级线圈上，变压器A的输入为调幅波xm(t)，B的输入信号为载波y(t)，uf为输出。二极管的导通与截止完全由B的次级的输出决定，因此要求B的次级的输出大于A的次级输出。,粳糜獭都胸叶鹤龟历笛探浇梁途弊易小蚤粟血叛诌酪贫丽慌熔薛伪此厚狗传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,附咱伍锨整硷溉判钓菇湿童镶洋歌赂兑玖桐叫谰晓歇棒素首健唱畦靴睁覆传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,调制与解调过程（波形转换）,摩蒜泊违其岳兼距戍港丑援凉嘻够葡蹿苗览淹雄佰磋巷辣俊套耻队红领谢传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,机电学院,电感式传感器,调幅与解调应用动态电阻应变仪,长样茵皇簿旅聊抖洋旺铸败郁冲篙占练绎做剩铣弛橇罚爽惧翼太俺颤握股传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1传感器与测试技术课件第六章电感式传感器-1,