傳感器與檢測(cè)技術(shù)第五章磁電式傳感器

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù)第五章磁電式傳感器第1頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器磁電式傳感器是通過(guò)磁電作用將被測(cè)量(如振動(dòng)、位移、轉(zhuǎn)速等)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器、霍爾式傳感器都是磁電式傳感器。磁電感應(yīng)式傳感器是利用導(dǎo)體和磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的?；魻柺絺鞲衅鳛檩d流半導(dǎo)體在磁場(chǎng)中有電磁效應(yīng)(霍爾效應(yīng))而輸出電勢(shì)的。它們?cè)聿⒉煌耆嗤?，因此各有各的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。5.1 磁電感應(yīng)式傳感器5.2 霍爾式傳感器本章要點(diǎn)第2頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器5.1 磁電感應(yīng)式傳感器 磁電式傳感

2、器是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度、位移等物理量轉(zhuǎn)換成線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。工作時(shí)不需要外加電源，可直接將被測(cè)物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電量輸出。是典型的有源傳感器。特點(diǎn)：輸出功率大，穩(wěn)定可靠，可簡(jiǎn)化二次儀表，但頻率響應(yīng)低。通常在10100HZ適合作機(jī)械振動(dòng)測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量。傳感器尺寸大、重。磁電式傳感器機(jī)械能電 量第3頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器5.1.1 工作原理和結(jié)構(gòu)類型磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于線圈所包圍的磁鏈對(duì)時(shí)間的變化率，即W-線圈匝數(shù)：-線圈所包圍的磁通量。第4頁(yè)，共27頁(yè)，20

3、22年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器若線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)為速度v或角轉(zhuǎn)度時(shí)，則式(5-1)可改寫(xiě)為 e-WBlv B：磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度；l:每匝線圈的有效長(zhǎng)度v:線圈與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 或 e-WBsS：每匝線圈的截面積:線圈與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度第5頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器在傳感器中，當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后即B、l、W、s均為定值，那么感應(yīng)電勢(shì)e與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度(v或)成正比。 根據(jù)上述原理，人們?cè)O(shè)計(jì)了兩種類型的結(jié)構(gòu)：一種是變磁通式；另一種是恒定磁通式。第6頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)2

4、2分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.2 結(jié)構(gòu)類型根據(jù)以上原理有兩種磁電感應(yīng)式傳感器：變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動(dòng)， 轉(zhuǎn)動(dòng)物體引起磁阻、磁通變化。恒磁通式：磁路系統(tǒng)恒定磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)部件 可以是線圈也可以是磁鐵。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式）5.1.2 結(jié)構(gòu)類型變磁通式：線圈、磁鐵靜止不動(dòng)， 轉(zhuǎn)動(dòng)物體引起磁阻、磁通變化。（a）開(kāi)磁路 （b）閉磁路第8頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器第9頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)2

5、2分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.2 結(jié)構(gòu)類型恒磁通式：磁路系統(tǒng)恒定磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)部件可以是線圈也可以是磁鐵。恒磁通式第10頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.2 結(jié)構(gòu)類型 電磁式傳感器通常用來(lái)做機(jī)械振動(dòng)測(cè)量。 振動(dòng)傳感器結(jié)構(gòu)大體分兩種： 動(dòng)鐵型（線圈與殼體固定） 動(dòng)圈型（永久磁鐵與殼固定） 磁鐵與線圈之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度接近振動(dòng)速度， 磁路空氣隙中的線圈切割磁力線， 產(chǎn)生于正比振動(dòng)速度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 。第11頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章

6、 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.2 結(jié)構(gòu)類型動(dòng)鐵型動(dòng)圈型第12頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器第13頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器實(shí)例：振動(dòng)速度傳感器 屬于慣性式傳感器。是利用磁電感應(yīng)原理把振動(dòng)信號(hào)變換成電信號(hào)。它主要由磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼等部分組成。工作時(shí)，將傳感器安裝在機(jī)器上，在機(jī)器振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)、切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動(dòng)速度值。與二次儀表相配接，即可顯示振動(dòng)速度或位移量的大小。也可以輸送到其它二次

7、儀表或交流電壓表進(jìn)行測(cè)量。第14頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器1彈簧 2殼體 3阻尼環(huán) 4磁鋼 5線圈 6芯軸在測(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)。動(dòng)圈式振動(dòng)傳感器第16頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器5.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)第17頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分

8、，星期日 第五章 磁電式傳感器飛機(jī)振動(dòng)模態(tài)分析第18頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器電動(dòng)激振器第19頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量第20頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪（導(dǎo)磁體）旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過(guò)永久磁鐵兩磁極間的間隙，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成比例的交流電壓信號(hào)u0。由于感應(yīng)電壓與磁通的變化率成比例，即 (W是線圈匝數(shù)） 故隨著轉(zhuǎn)速下降輸出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低

9、到一定程度時(shí)，電壓幅值會(huì)減小到無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的程度。故這種傳感器不適合于低速測(cè)量。為提高低轉(zhuǎn)速的測(cè)量效果，可采用電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器。第21頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 第22頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 信號(hào)輸出送測(cè)量電路 接入積分電路測(cè)量位移； 接入微分電路測(cè)量加速度。 第23頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用積分電路輸出微分電路輸出 第24頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器圖5-10 無(wú)源積分電路圖5-11 有源積分電路第25頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器圖5-14 無(wú)源微分電路圖5-15 基本有源微分電路第26頁(yè)，共27頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)22分，星期日 第五章 磁電式傳感器51 磁電感應(yīng)式傳感器（電動(dòng)式） 5.1.3 磁電感應(yīng)式傳感器的應(yīng)用 磁電式振動(dòng)傳感器的特性