傳感器論文速度傳感器

1、速度傳感器一、引文隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是近20年來，電子技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用把人類帶到了信息時(shí)代，各種電器設(shè)備充滿了人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，相當(dāng)大一部分的電器設(shè)備都應(yīng)用到了傳感器件，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)中主要技術(shù)之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)有極其重要的地位。二、分類1、轉(zhuǎn)軸式的，由轉(zhuǎn)軸將速度傳遞出來，到一個(gè)小的發(fā)電機(jī)，很小的那種，根據(jù)發(fā)電機(jī)所建立的電壓，推算出轉(zhuǎn)速2、電磁感應(yīng)式，在轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上安裝齒輪，外側(cè)是電磁線圈，轉(zhuǎn)動(dòng)是由于輪齒間隙通過，得到方波變化的電壓，再推算出轉(zhuǎn)速三、定義 單位時(shí)間內(nèi)位移的增量就是速度。速度包括線速度和角速度，與之相對(duì)應(yīng)的就有線

2、速度傳感器和角速度傳感器，我們都統(tǒng)稱為速度傳感器。四、原理 1、旋轉(zhuǎn)式速度傳感器的結(jié)構(gòu)和特征    旋轉(zhuǎn)式速度傳感器按安裝形式分為接觸式和非接觸式兩類。    (1).接觸式    旋轉(zhuǎn)式速度傳感器與運(yùn)動(dòng)物體直接接觸，這類傳感器的工作原理如圖6所示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體與旋轉(zhuǎn)式速度傳感器接觸時(shí)，摩擦力帶動(dòng)傳感器的滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)。裝在滾輪上的轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖傳感器，發(fā)送出一連串的脈沖。每個(gè)脈沖代表著一定的距離值，從而就能測(cè)出線速度V。圖、1設(shè)D為滾輪直徑，單位為mm，滾輪每轉(zhuǎn)輸出D個(gè)脈沖，則1個(gè)脈沖代

3、表著1mm的距離值。設(shè)在時(shí)間t內(nèi)脈沖計(jì)數(shù)為n，則線速度v為 轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖傳感器產(chǎn)生脈沖的方式由表及里光電、磁電、電感應(yīng)等多種。    每個(gè)脈沖代表的距離（mm）稱為脈沖當(dāng)量。為了計(jì)算方便，脈沖當(dāng)量常設(shè)定為距離mm的整數(shù)倍，這是正確使用傳感器的關(guān)鍵。接觸式旋轉(zhuǎn)速度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。但是接觸滾輪的直徑是與運(yùn)動(dòng)物體始終接觸著，滾輪的外周將磨損，從而影響滾輪的周長。而脈沖數(shù)對(duì)每個(gè)傳感器又是固定的。影響傳感器的測(cè)量精度。要提高測(cè)量精度必須在二次儀表中增加補(bǔ)償電路。另外接觸式難免產(chǎn)生滑差，滑差的存在也將影響測(cè)量的正確性。因此傳感器使用中必須施加一定的正

4、壓力或著滾輪表面采用摩擦力系數(shù)大的材料，盡可能減小滑差。 (2).非接觸式    旋轉(zhuǎn)式速度傳感器與運(yùn)動(dòng)物體無直接接觸，非接觸式測(cè)量原理很多，以下僅介紹兩點(diǎn)，供參考。    1.光電流速傳感器    如圖7所示，葉輪的葉片邊緣貼有反射膜，流體流動(dòng)時(shí)帶動(dòng)葉論旋轉(zhuǎn)，頁輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周光纖傳輸反光一次，產(chǎn)生一個(gè)電脈沖信號(hào)?？捎蓹z測(cè)到的脈沖數(shù)，計(jì)算出流速。使脈沖數(shù)與葉輪轉(zhuǎn)速再與流速建立關(guān)系。利用標(biāo)定曲線V=kn+c計(jì)算流速V。其中：k為變換系數(shù)：c為預(yù)置值，n為葉輪轉(zhuǎn)速?？蓪⑷~

5、輪的轉(zhuǎn)速直接換算成流速。圖、2 2.光電風(fēng)速傳感器    非接觸式旋轉(zhuǎn)速度傳感器壽命長，無需增加補(bǔ)償電路。但脈沖當(dāng)量不是距離（mm）整數(shù)倍，因此速度運(yùn)算相對(duì)比較復(fù)雜。    旋轉(zhuǎn)式速度傳感器的性能可歸納如下：    (1).傳感器的輸出信號(hào)為脈沖信號(hào)，其穩(wěn)定性比較好，不易受外部噪聲干擾，對(duì)測(cè)量電路無特殊要求。    (2).結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低，性能穩(wěn)定可靠。功能齊全的微機(jī)芯片，使運(yùn)算變換系數(shù)易于獲得，故目前速度傳感器應(yīng)用極為

6、普遍。2 磁電式速度傳感器 磁電式速度傳感器為慣性式速度傳感器，其工作原理為：當(dāng)有一線圈在穿過其磁通發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的輸出與線圈的運(yùn)動(dòng)速度成正比1彈簧  2殼體  3阻尼環(huán)  4磁鋼  5線圈  6芯軸圖、3磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)有兩種，一種是繞組與殼體連 接，磁鋼用彈性元件支承，另一種是磁鋼與殼體連接，繞組用彈性元件支承。常用的是后者，圖13.16為磁電式速度計(jì)的典型結(jié)構(gòu)。 在測(cè)振時(shí)，傳感器固定或緊壓于被測(cè)系統(tǒng)，磁鋼4與殼體2一起隨被測(cè)系統(tǒng)的振動(dòng)而振動(dòng)，裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環(huán)3組成慣性 系統(tǒng)的質(zhì)量塊并在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。彈簧片

7、1徑向剛度很大、軸向剛度很小，使慣性系統(tǒng)既得到可靠的徑向支承，又保證有很低的軸向 固有頻率。阻尼環(huán)一方面可增加慣性系統(tǒng)質(zhì)量，降低固有頻率，另一方面在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻尼力使振動(dòng)系統(tǒng)具有合理的阻尼.     因線圈是作為質(zhì)量塊的組成部分，當(dāng)它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，其輸出電壓與線圈切割磁力線的速度成正比。前已指出，由基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng) 所引起的受迫振動(dòng)，當(dāng)w>>wn時(shí)，質(zhì)量塊在絕對(duì)空間中近乎靜止，從而被測(cè)物（ 它和殼體固接）與質(zhì)量塊的相對(duì)位移、相對(duì)速度就分別近似其絕對(duì)位移和絕對(duì)速度。這樣，絕對(duì)式速度計(jì)實(shí)際上是先由慣性系統(tǒng) 將被測(cè)物體的振動(dòng)速度z1(t)（符號(hào)見圖）轉(zhuǎn)換成質(zhì)

8、塊殼體的相對(duì)速度z01(t)，而后用磁電變換原理，將z01(t)轉(zhuǎn)換成輸出電壓的。     從圖可以看出，為了擴(kuò)展速度拾振器的工作頻率下限，應(yīng)采用=0.50.7的阻尼比，在幅值誤差不超過5%的情況下，工作下限可擴(kuò)展到w/wn=1.7 。這樣的阻尼比也有助于迅速衰減意外瞬態(tài)擾動(dòng)所引起的瞬態(tài)振動(dòng)。但這時(shí)的相頻特性曲線與頻率不成線性關(guān)系，因此，在低頻 范圍內(nèi)無法保證相位的精確度。    磁電式傳感器還可以做成相對(duì)式的，見圖 13.17，用來測(cè)量振動(dòng)系統(tǒng)中兩部件之間的相對(duì)振動(dòng)速度，殼體固定于一部件上，而頂桿與另一部件相連接。從而使傳感器內(nèi)部的

9、 線圈與磁鋼產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)來。 1頂桿  2彈簧片  3磁鋼  4線圈  5引出線  6殼體圖13.17  磁電式相對(duì)速度傳感器圖、4在實(shí)際使用中，為了能夠可以測(cè)量較低的頻率，希望盡量降低絕對(duì)式速度計(jì)的固有頻率，但過大的質(zhì)量塊和過低的彈簧剛度使 其在重力場(chǎng)中靜變形很大。這不僅引起結(jié)構(gòu)上的困難，而且易受交叉振動(dòng)的干擾。因此，其固有頻率一般取為 1015Hz。上限測(cè)量頻率決定于傳感器的慣性部分質(zhì)量，一般在1kHz以下。     磁電式振動(dòng)速度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不需要外加電源，輸出信號(hào)可以不經(jīng)調(diào)理放

10、大即可遠(yuǎn)距離傳送，這在實(shí)際長期監(jiān)測(cè)中是十分方 便的。另一方面，由于磁電式振動(dòng)速度傳感器中存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，它與被測(cè)系統(tǒng)同頻率振動(dòng)，不僅限制了傳感器的測(cè)量上限，而 且其疲勞極限造成傳感器的壽命比較短。在長期連續(xù)測(cè)量中必須考慮傳感器的壽命，要求傳感器的壽命大于被測(cè)對(duì)象的檢修周期。五、總結(jié)由于微電子技術(shù)和微機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展，傳感器正向微型化、多功能化，智能化方向發(fā)展。微型化傳感器利用微機(jī)械的加工技術(shù)將微米級(jí)的敏感元件、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)處理裝置集成封裝在一塊芯片上。這將成為一種趨勢(shì)。六、文獻(xiàn)1李希文等 傳感器與信號(hào)調(diào)理技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社 2008.122吳建平 傳感器原理及應(yīng)用   機(jī)械工業(yè)出版社 2008.113陳建元 傳感器技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2008.104郁有文 傳感器原理及工程應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版社 2008.75張洪潤 實(shí)傳感器應(yīng)用設(shè)計(jì)300例（上冊(cè)）  北京航空航天大學(xué)出版社 2008.106周旭 現(xiàn)代傳感