传感器第7章1磁电式.ppt
第7章 磁电式传感器,主要内容：1.磁电式传感器的工作原理；2.磁电式传感器的测量电路；3.磁电式传感器的应用。,第 7 章 磁电式传感器,磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。有时也称作电动式或感应式传感器，它只适合进行动态测量由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单；零位及性能稳定；工作频带一般为101000Hz。磁电式传感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩)发生器和电磁激振器等。,第7章 磁电式传感器,7.1 磁电式传感器的惯性测量原理及其数学模型,7.1.1 惯性测量原理,磁电式传感器的基本工作原理是建立在电磁感应定律的基础上，即：，此式成立的条件有两个：1）产生磁通的磁场固定不变，导线或线圈相对磁场运动切割 磁力线便产生感应电势e;2）导线或线圈固定不动磁场本身产生变化，即有梯度 存在产生感应电势。综上，产生感应电势的唯一条件是二者必须有相对变化，这样将传感器安装在被测的运动体上，不需要参考坐标系就可通过测量这种相对运动而获得被测体的绝对运动。故称为相对测量原理，也称惯性原理。,线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线，感生电势为：,B：磁场磁感应强度；l:每匝线圈的长度：运动方向与磁场方向之间的夹角；v:线圈与磁场之间的相对运动速度,线圈相对磁场作旋转运动并切割磁力线，感生电势为：,S：每匝线圈的截面积：线圈平面法线方向与磁场方向之间的夹角；:线圈与磁场之间的相对运动角速度,(a)旋转型（；(b)平移型（变气隙）,第7章 磁电式传感器,两种基本类型,恒定磁通式：工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。变磁阻式：磁铁、线圈均不动，感应电势由变化的磁通产生。如图示转速测量：,1一永久磁铁2一软磁铁，3一感应线圈4一测量齿轮,第7章 磁电式传感器,磁阻调制(变磁阻)型磁电式传感器的工作原理,开磁路磁电式转速传感器 1-被测旋转体；2-测量齿轮；3-线圈；4-软铁；5-永久磁铁,原理：磁阻变化 线圈产生感应电动势 输出周期感应脉冲信号，f=Nn/60N齿轮的齿数；n转速(r/min)；f感应脉冲信号频率。,第7章 磁电式传感器,7.1.2 惯性测量原理的数学模型,1.磁电式传感器的结构,永久磁铁线圈弹簧阻尼器,2.相对测量原理数学分析,电磁阻尼：线圈金属骨架在磁场中运动产生感应出涡流而受到反方向的作用力。空气阻尼：,第7章 磁电式传感器,设：x0-振动体的绝对位移；xm-质量块的绝对位移,第7章 磁电式传感器,当wwn（w3wn)时，xt/x0=1xt=x0,m看作静止不动=-180,当wwn（w3wn)时，xt/x0=1xt=x0,m看作静止不动=-180关于工作频段：阻尼比的影响：较大（0.7左右），减小共振峰，改善低频响应。固有频率wn的影响：降低wn，扩大低频段。理想情况，当wwn线圈中的感应电势：e=WBlv灵敏度：S=WBl,vA,实际特性,理想特性,速度太小（vA),惯性力不足以克服摩擦力速度太大（Vc),惯性太大，超出弹簧弹性范围,实际输出特性,第7章 磁电式传感器,7.2 磁电式传感器,7.2.1 结构特点,动铁式：线圈组件与传感器壳体固定，永久磁铁用柔软的弹簧支撑。又称惯性式动圈式：永久磁铁与传感器壳体固定，线圈组件用柔软的弹簧支撑。相对动铁式，惯性质量小，增加阻尼比。直接式壳体固定于一部件上，通过顶杆与另一部件相连接,动圈式,永久磁铁,线圈,弹簧,磁电式传感器的误差温度误差/永久磁铁的不稳定性误差/非线性误差,第7章 磁电式传感器,第7章 磁电式传感器,7.3 磁电式传感器的应用,属于惯性式传感器。是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。与二次仪表相配接，即可显示振动速度或位移量的大小。也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。,实例：振动速度传感器,动圈式振动传感器,弹簧片,阻尼杯,磁钢,芯轴,壳体,线圈,引线,1弹簧 2壳体 3阻尼环 4磁钢 5线圈 6芯轴,在测振时，传感器固定或紧压于被测系统，磁钢4与壳体2一起随被测系统的振动而振动。装在芯轴6上的线圈5和阻尼环3组成惯性系统的质量块并在磁场中运动。,1顶杆 2弹簧片 3磁钢 4线圈 5引出线 6壳体,直接式磁电式传感器，用来测量振动系统中两部件之间的相对振动速度。壳体固定于一部件上，而顶杆与另一部件相连接。从而使传感器内部的线圈与磁钢产生相对运动，发出相应的电动势来。,第7章 磁电式传感器,磁电式扭矩传感器结构示意图,转轴无负载（无扭矩）以旋转时，两端输出等幅、同频、相差180的两近似正弦波；当有负载（有扭矩）时，两感应输出产生附加相差0n,可见测出附加相差0使可测出扭角0/n，从而测出扭矩。,扭矩测量,如图(磁电感应式扭矩传感器)所示，在转轴上固定两个齿轮1和2，它们的材质、尺寸、齿形和齿数均相同。永久磁铁和线圈组成的磁电式检测头3和4对着齿顶安装。当转轴不受扭矩时，两线圈输出信号相同，相位差为零。转轴承受扭矩后，相位差不为零，且随两齿轮所在横截面之间相对扭转角的增加而加大，其大小与相对扭转角、扭矩成正比。,第7章 磁电式传感器,磁电式转速传感器,定子、转子相对转动时，由于槽、齿相对位置交替变化，则磁通周期变化，从而在线圈中产生近似周期性正弦信号输出，其频率与转速成正比。,第7章 磁电式传感器,7.5、应用振动监测,飞机地面振动实验系统原理方框图,飞机振动模态分析,激振器,电动式激振器按其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式两种。前者多用于小型激振器，后者多用于较大型的激振器，即振动台。电动式激振器的结构如图所示，驱动线圈固装在顶杆上，并由支承弹簧支承在壳体中，线圈正好位于磁极与铁芯的气隙中。当线圈通过经功率放大后的交变电流i时，根据磁场中载流体受力的原理，线圈将受到与电流i成正比的电动力的作用，此力通过顶杆传到被测对象，即为激振力。但是，由顶杆施加到被激对象上的激振力，不等于线圈受到的电动力。传动比（电动力与激振力之比）与激振器运动部分和被 测对象本身的质量刚度、阻尼等因素有关，而且还是频率的函数。只有当激振器可动部分质量与被测对象的质量相比可略去不计，且激振器与被激对象的连接刚度好，顶杆系统刚性也很好的情况下才可以认为电动力等于激振力。,
